Wann gibt es endlich brauchbare Batterien für Elektro-Fahrzeuge?
Ende Juli wurde an der Lousiana State University durch "The Daily Reveille" eine Frage gestellt, die ich mir auch schon oft gestellt habe: Wann werden endlich verbesserte Batterien auf den Markt kommen? Ehrlich gesagt, ich glaube nicht, dass es darauf jetzt schon eine klare Antwort gibt.
Die Fahrzeugentwicklung bei den Elektrofahrzeugen ist bereits sehr stark fortgeschritten, und es gibt sie ja auch schon lange. Aber einen entscheidenden Durchbruch vereitelten immer noch die kurzen Kilometerleistungen, die langen Ladezeiten und das hohe Gewicht der benötigten Batterien. So sehr wir auch auf die Lithium Batterien fokussiert sind, leider erfüllen diese noch nicht wirklich alle Bedürfnisse. Zwar haben Lithiumbatterien einen großen Vorteil gegenüber anderen Batterien, sie haben eine viel größere Kapazität, diese hat aber natürliche Grenzen.
In der letzten Zeit wurde den in Entwicklung befindlichen Lithium-Luft-Batterien immer mehr Aufmerksamkeit geschenkt. Denn die Forschung hat gezeigt, dass sie zukünftig das Potenzial haben, 5 bis 10 Mal mehr Energie als normale Lithium-Ionen-Batterien zu speichern. Die künftigen Akku-Generation bestehen aus Metall-Luft-Systemen, und durch den Wegfall einer Elektrode, die durch Luft ersetzt wurde, konnte man nochmals bei den ohnehin schweren Batterien etwas Gewicht einsparen.
Wie funktioniert ein Lithium-Luft-Akkumulator
Der Lithium-Luft-Akkumulator ist eine neue Entwicklung durch das IBM Almaden Research Center, in der die Kathode durch Luft ersetzt wird. Als Anode dient metallisches Lithium, das vollständig an der Reaktion teilhaben kann. Da der für die Reaktion benötigte Sauerstoff aus der Umgebungsluft entnommen werden kann, wird die Kapazität einer Lithium-Luft-Zelle alleine durch die Größe der Lithium-Anode bestimmt.
Die theoretisch erreichbare Energiedichte liegt, wenn man die Masse des Sauerstoffs nicht berücksichtigt, bei rund 11.000 Wh/kg bei einer Nominalspannung von 2,96 V. IBM geht von einer kommerziell erreichbaren Energiedichte von etwa 1000 Wh/kg aus, nahezu dem zehnfachen der Energiedichte der heute käuflichen Lithium-Ionen-Akkumulatoren.
In einer für den maritimen Einsatz gedachten Variante des Lithium-Luft-Akkumulators wird der Sauerstoff aus Meerwasser bereitgestellt. IBM beabsichtigt bis 2013 die Herstellung funktionsfähiger Prototypen
Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Lithium-Ionen-Akkumulator#Lithium-Luft-Akkumulator
Dieses Schaubild erklärt die Wirkungsweise der Lithium-Luft-Batterie:
Die Entwicklung bei den Zink-Luft-Batterien zeigte schon auf, dass man eine dreimal höhere Energiedichte als bei herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien erreichen konnte. Aber eine Lithium-Luft-Batterie erreicht eine Leistungsdichte von 450 Wh/kg (Wattstunden pro Kilogramm) Diese bislang erreichten Wirkungsgrade von über 80% geben viel Anlass zur Hoffnung, dass es bald eine leichtere und wirkungsvollere Batterie für Elektrofahrzeuge geben kann.
Viele Entwicklungsunternehmen arbeiten fieberhaft daran, die Reichweite der Elektrofahrzeuge zu erhöhen. Die Entwickler von SCHOTT http://www.schott.com/german/news/press.html?NID=3919 nutzen Glaskeramik als Separatormaterial für Lithium-Luft-Batterien. Die Batterien sollen eine Energiedichte von rund 1.000 Wattstunden pro Kilogramm (Wh/kg) und damit eine weitaus größere Reichweite für Elektrofahrzeuge erzielen.
Aber alle diese Entwicklungen stecken noch in den Kinderschuhen. Jedoch scheint sich heraus zu kristallisieren, dass man mit den Lithium-Luft-Batterien auf einem Erfolg versprechenden Weg ist. VW rechnet damit, dass die Elektroautos bald eine Reichweite von mindestens 360 Kilometern haben werden. BMW ist der Meinung, dass Elektroautos mit Lithium-Luft-Akkus in fünf Jahren über die doppelte Reichweite verfügen werden.
Somit würde ein Elektrofahrzeug mit einer Reichweite von mehr als 700 km in der Zukunft dem Standard vieler Mittelklassefahrzeuge, die mit Diesel oder Benzinmotoren angetrieben werden, entsprechen. Sollte dies tatsächlich gelingen und die Ladezeit der Batterien kurz gehalten werden können, dann fehlt es eigentlich nur noch an einem stabilen Stromnetz, bestückt mit Millionen Ladestationen.
Fazit zu der Batterieentwicklung
Sollte die Batterieentwicklung mit der Lithium-Luft-Batterie in die gewünschte Richtung laufen, also die Batterien leichter werden, die Ladezeit verkürzt werden und die Reichweite enorm erhöht werden, dann sollte rasch das nötige Strom- und Ladenetz ausgebaut werden. Meiner Meinung nach wird es jedoch noch mindestens 10 bis 15 Jahre dauern, bis den Elektrofahrzeugen der echte Durchbruch gelingt. Aber vielleicht überrascht uns die Forschung in den kommenden Jahren mit neuen, die Zeit verkürzenden Ergebnissen.
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Woher kommt das benötigte "batteriefähige" Lithium?
Weltweit gibt es nur wenige Lithiumgesteinslagerstätten, die das Metall zu einer Reinheit von mehr als 99% fördern können, und somit zum Einsatz in Lithiumionenbatterien tauglich sind. Ein Unternehmen davon ist Canada Lithium Corp. ein Unternehmen, das an der TSX unter dem Symbol CLQ und an der U.S. OTCQX unter CLQMF gehandelt wird.
Canada Lithium Corp errichtet in der Nähe von Val d'Or, Québec, eine Lithiumcarbonat-Tagebaumine und ein Verarbeitungswerk, um den wachsenden Bedarf der aufstrebenden globalen Märkte an Elektro- und Hybridelektrofahrzeugen sowie Gridspeicher-Lösungen zu decken.
Das Unternehmen gab im Juli 2013 bekannt, dass man den ersten Herstellungsgang von 99,1%igem Lithiumkarbonat auf der Verarbeitungsanlage in der Nähe von Val d'Or erfolgreich abgeschlossen hat.
Canada Lithium Corp. hat auch die ISO-Zertifizierung für die Anlage auf dem Gelände erhalten, wo das Material auf batteriefähige 99,5% veredelt wird.
Die Abnehmer stehen schon Schlange. Eine erste Lieferung geht an einen chinesischen Rohstoffhändler. Dieser nimmt, gemäß eines auf fünf Jahre und mindestens 12.000 Tonnen pro Jahr ausgelegten Abnahmeabkommens, einen guten Teil der Produktion ab.
Vor kurzem erst hat das Unternehmen eine Abnahmevereinbarung mit der japanischen Marubeni für bis zu 5.000 Tonnen pro Jahr abgeschlossen.
Canada Lithium ist somit auf bestem Weg zum viertgrößten Produzenten der Welt aufzusteigen.
Die rasante Entwicklung der Batterien für Elektrofahrzeuge allgemein und die Fortschritte von Canada Lithium Corp. sind interessante Marktbewegungen, zeigen doch beide ein enormes Potential für die Zukunft. Wir werden daher diesen Markt ebenso zeitnah verfolgen wie die weiteren Schritte von Canada Lithium Corp.
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