HIU-Newsletter
You a scientist yourself? A journalist, a political decision-maker or business representative? In our newsletters we compile the latest battery research news for you. Specially tailored to your personal area of interest.
Nachhaltigkeit & Batterieforschung
Neue Batterien müssen heute aus umweltfreundlichen Materialien bestehen, die ressourcenschonend abgebaut werden und zu einer nachhaltigen Batterieproduktion führen, die Teil einer Kreislaufwirtschaft ist.
Neue Materialien für Batterien
Die derzeitigen Lithium-Ionen-Batterien haben eine höhere spezifische Energiedichte als viele andere Akkumulatortypen. Doch daneben werden auch alternative Batteriematerialien wie Natrium, Aluminium, Kalzium, Magnesium und Chlor erforscht, um eines Tages in speziellen Einsatzorten zur Anwendung zu kommen. Diese – meist deutlich nachhaltiger produzierten – Batterien sind zum Teil genauso geeignet wie Lithium-Ionen-Batterien. Mehr noch: Bei einigen Anwendungen sind sie perspektivisch sogar klar im Vorteil!
Nachhaltigkeitsthemen in der Batterieforschung
Batteriesysteme sind als Energiespeicher weltweit auf dem Vormarsch. Doch die vielen Alltagsbatterien müssen auch das halten, was sich die Öffentlichkeit von ihnen verspricht: Eine funktionierende Energieversorgung und eine klimafreundliche Elektromobilität. Und dazu müssen viele Aspekte beachtet werden.
Extern: „scobel – Energiewende komplex“
Wissenschaftler*in: Prof. Dr. Maximilian Fichtner
Datum: 02.09.2021
Link: https://www.3sat.de/wissen/scobel/scobel–energiewende-komplex-100.html
Extern: „Voll geladen – Neue Speicher für die Energiewende“
Datum: 04.05.2021
Link: https://www.zdf.de/wissen/leschs-kosmos/voll-geladen-neue-speicher-fuer-die-energiewende-100.html
Erklärvideo: „Wozu gibt es Heimspeicher?“
Datum: 12.02.2021
Link: https://www.youtube.com/watch?v=O67cWpmdDOM
Extern: „scobel – Projekt Strom“
Wissenschaftler*in: Prof. Dr. Maximilian Fichtner
Datum: 20.08.2020
Link: https://www.3sat.de/wissen/scobel/scobel—projekt-strom-102.html
Vortrag: „Nachhaltige Batterien für die Speicherung Erneuerbarer Energie – wohin geht die Reise?“
Wissenschaftler*in: Prof. Dr. Maximilian Fichtner
Datum: 09.12.2019
Link: https://www.youtube.com/watch?v=gz4KtmBKE9Y
Vortrag: „SWR-Fernsehbeitrag über HIU-Apfelbatterie (02.03.2016)“
Wissenschaftler*in: Daniel Buchholz
Datum: 02.03.2016
Link: https://www.youtube.com/watch?v=3nEysGtDfcM
Extern: „scobel – Energiewende komplex“
Wissenschaftler*in: Prof. Dr. Maximilian Fichtner
Datum: 02.09.2021
Link: https://www.3sat.de/wissen/scobel/scobel–energiewende-komplex-100.html
Extern: „Unter Druck: Wasserstoff in der Mobilität“
Wissenschaftler*in: Prof. Dr. Maximilian Fichtner
Datum: 02.09.2021
Link: https://www.3sat.de/wissen/wissenschaftsdoku/020926-sendung-wido-100.htmlhttps://www.3sat.de/wissen/scobel/scobel–energiewende-komplex-100.html
Extern: „Voll geladen – Neue Speicher für die Energiewende“
Datum: 04.05.2021
Link: https://www.zdf.de/wissen/leschs-kosmos/voll-geladen-neue-speicher-fuer-die-energiewende-100.html
Erklärvideo: „Was kommt nach der Lithium-Ionen-Batterie?“
Datum: 12.02.2021
Link: https://www.youtube.com/watch?v=DFUznXX56zc
Extern: „scobel – Projekt Strom“
Wissenschaftler*in: Prof. Dr. Maximilian Fichtner
Datum: 20.08.2020
Link: https://www.3sat.de/wissen/scobel/scobel—projekt-strom-102.html
Erklärvideo: „Was kommt nach der Lithium-Ionen-Batterie?“
Datum: 12.02.2021
Link: https://www.youtube.com/watch?v=DFUznXX56zc
Vortrag: „Sodium Ion Batteries (engl.)“
Wissenschaftler*in: Prof. Dr. Stefano Passerini
Datum: 11.07.2021
Link: https://www.youtube.com/watch?v=u2FyGhqiAv0
Vortrag: „Nachhaltige Zukunftsbatterien“
Wissenschaftler*in: Prof. Dr. Axel Groß
Datum: 09.07.2021
Link: https://www.youtube.com/watch?v=iXq_gV7gdD0
Vortrag: „Nachhaltige Batterien für die Speicherung Erneuerbarer Energie – wohin geht die Reise?“
Wissenschaftler*in: Prof. Dr. Maximilian Fichtner
Datum: 09.12.2019
Link: https://www.youtube.com/watch?v=gz4KtmBKE9Y
Vortrag: „SWR-Fernsehbeitrag über HIU-Apfelbatterie (02.03.2016)“
Wissenschaftler*in: Daniel Buchholz
Datum: 02.03.2016
Link: https://www.youtube.com/watch?v=3nEysGtDfcM
Podcast: „Natrium-Ionen-Batterie“
Wissenschaftler*in: Dr. Dominic Bresser
Datum: 16.11.2021
Link: https://geladen.podigee.io/3-natrium-ionen-batterie
Podcast: „Natrium-Ionen-Batterie von Natron Energy“
Wissenschaftler*in: Dr. Dominic Bresser
Datum: 27.07.2021
Link: https://geladen.podigee.io/14-natronenergy
Podcast: „BYD, CATL, Tesla & die LFP-Zellen“
Wissenschaftler*in: Prof. Dr. Maximilian Fichtner
Datum: 26.01.2021
Link: https://geladen.podigee.io/7-lithiumeisenphosphat
Podcast: „Batterieforschung“
Wissenschaftler*in: Prof. Dr. Helmut Ehrenberg
Datum: 26.01.2021
Link: https://geladen.podigee.io/1-batterieforschung
Vortrag: „Beyond Lithium-Ion Batteries“
Wissenschaftler*in: Dr. Giuseppe Antonio Elia
Datum: 05.03.2021
Link: https://www.youtube.com/watch?v=9JqljWVMf18&t=5s
Erklärvideo: „Was kommt nach der Lithium-Ionen-Batterie?“
Datum: 12.02.2021
Link: https://www.youtube.com/watch?v=DFUznXX56zc
Podcast: „Natrium-Ionen-Batterie“
Wissenschaftler*in: Dr. Dominic Bresser
Datum: 16.11.2021
Link: https://geladen.podigee.io/3-natrium-ionen-batterie
Vortrag: „Sodium Ion Batteries (engl.)“
Wissenschaftler*in: Prof. Dr. Stefano Passerini
Datum: 11.07.2021
Link: https://www.youtube.com/watch?v=u2FyGhqiAv0
Podcast: „Natrium-Ionen-Batterie von Natron Energy“
Wissenschaftler*in: Dr. Dominic Bresser
Datum: 27.07.2021
Link: https://geladen.podigee.io/14-natronenergy
Extern: „Forschen unter Strom“
Wissenschaftler*innen: Prof. Dr. Stefano Passerini
Datum: 20.12.2019
Link: https://www.dw.com/de/forschen-unter-strom/av-49487781
Extern: „Aufgeladen! – Was steckt in unseren Akkus?“
Datum: 05.07.2020
Link: https://kinder.wdr.de/tv/neuneinhalb/av/video-aufgeladen—was-steckt-in-unseren-akkus-102.html
Erklärvideo: „Wie werden Lithium-Ionen-Batterien recycelt?“
Datum: 12.02.2021
Link: https://www.youtube.com/watch?v=GoEJGTtzalI
Lithium
Die meisten derzeit industriell gefertigten Batterien sind sog. Lithium-Ionen-Batterien (LIB). In den Medien wird gelegentlich kritisch über die politischen, ökologischen und wirtschaftlichen Risiken bei der Gewinnung der Bestandteile, wie Kobalt und Lithium berichtet.
Ein Drittel des weltweit geförderten Lithiums wird zurzeit in Südamerika gewonnen. Ein häufig genannter Kritikpunkt ist der hohe Wasserverbrauch beim Abbau des Leichtmetalls. Die Lithiumherstellung aus Salzseen in Chile, Argentinien und Bolivien verursache eine Wasserverknappung bei schon bestehender Knappheit, so Kritiker. Nach einer Erhebung des Danish Technological Institute werden derzeit zwischen 400 und 2000 Liter Wasser für die Produktion von 1 kg Lithium benötigt. In einer Fahrzeugbatterie mit 60 kWh Energieinhalt sind typischerweise 6 kg Lithium enthalten, was somit einer Wassermenge von 2400 L – 12.000 L entspricht. Zum Vergleich: Für die Produktion von Baumwolle für ein T-Shirt werden 3000 L Wasser, für die Produktion von 1 kg Rindfleisch 15.000 L Wasser, und für 1 kg Kaffee werden 20.000 L verbraucht.
Die Vorkommen für Lithium liegen zu großen Teilen im außereuropäischen Ausland und sind auf wenige Staaten konzentriert. Dies macht eine stabile Versorgung unsicher. Daher hat die Europäische Kommission Lithium auf ihre Liste der kritischen Rohstoffe gesetzt. Für Elektrofahrzeugbatterien und stationäre Energiespeicherung würde die EU, verglichen mit der derzeitigen Versorgung der gesamten EU-Wirtschaft, 2030 bis zu 18-mal mehr Lithium und 2050 fast 60-mal mehr Lithium benötigen. Dieser Nachfrageanstieg könnte unter heutigen Bedingungen zu Versorgungsproblemen führen.
Kobalt
Komplizierter ist die Versorgungslage beim Metall Kobalt. Dieses gibt es grundsätzlich nur äußerst selten - nur 0,004 Prozent der Erdkruste bestehen daraus. Derzeit gehen ca. 60 Prozent des geförderten Kobalts in die Akkuproduktion (vor allem für Handys und Notebooks, die hohe Kobaltanteile enthalten), die restlichen 40 Prozent werden für Hartmetalle und Schnittstähle (Bohrer), in Magneten und als Katalysatoren eingesetzt. 60 Prozent des weltweit abgebauten Kobalts stammen aus dem Kongo, davon wiederum 15 bis 20 Prozent aus dem Kleinbergbau. Aus fehlenden Arbeitsschutzmaßnahmen im Kleinbergbau resultieren unter anderem der direkte Kontakt mit Schwermetallen (insbesondere Uran) im Gestein sowie tödliche Unfälle. Kinder werden für leichte Zuarbeiten beim Verkauf, aber auch für schwerste und risikoreiche Arbeiten in Vollzeit eingesetzt. Europäische Hersteller beziehen Kobalt nur noch aus zertifizierten Minen, in denen keine Kinderarbeit vorkommt. Mittelfristig wird versucht, kein Kobalt mehr in den Batterien nutzen zu müssen. Der chinesische Batterie- und Fahrzeughersteller BYD verwendet bereits heute eine kobaltfreie Batterie.
Umweltfreundliche Batterien
Aufgrund verschiedenster Aspekte der Nachhaltigkeit wird deshalb an Alternativen zur und Verbesserungen der Lithium-Ionen-Batterie geforscht. Es wird zwar derzeit nicht erwartet, dass diese die bestehende Technologie komplett verdrängen, sondern nur bei einigen Anwendungen ersetzen. Hier könnten folgende Materialien zum Einsatz kommen.
Natrium-Ionen-Batterien
Die Natrium-Ionen-Batterie gehört zu den am weitesten fortgeschrittenen Post-Lithium-Technologien, Batterien, die vollkommen ohne Lithium auskommen. Sie steht im Vergleich zu anderen Alternativen bereits näher an der Markteinführung. Natrium hat jedoch zwei Nachteile: Es ist dreimal so schwer wie Lithium. Entsprechend schwerer sind auch Natrium-Ionen-Batterien. Außerdem sind Natrium-Ionen-Batterien leistungsschwächer, weil sie aufgrund einer 0,3 Volt niedrigeren Zellspannung zwangsläufig rund 10 Prozent Energiedichte verlieren. Die Markteinführung von Natrium-Ionen-Batterien wird sich deshalb auf Anwendungen beschränken, bei denen die Nachteile nicht ins Gewicht fallen, wie bei stationären Speichern.
Natrium stellt ein nachhaltigeres Batteriematerial dar. Es ist eines der häufigsten Elemente auf der Erde, findet sich im Meersalz und ist überall auf der Welt verfügbar, was zu niedrigeren Kosten und größeren Produktionsmengen führen könnte. Außerdem verbraucht die Natrium-Ionen-Technologie keine knappen Ressourcen: Kobalt oder ähnlich seltene Ressourcen werden nicht benötigt. Noch umweltschonender wird die Natrium-Batterie, wenn für die Anode ein Kohlenstoff genutzt wird, der aus Biomasse, wie Apfelresten oder Erdnussschalen hergestellt wird.
Magnesium-Ionen-Batterien
Auf Natrium folgt im chemischen Periodensystem Magnesium. Magnesium bietet viele nützliche Eigenschaften für die elektrochemische Energiespeicherung: Es ist in hohem Maße auf der Erde vorhanden und ungiftig, es transportiert zwei Ladungen pro Magnesium-Ion anstatt nur einer (wie z.B. Lithium), und es ermöglicht hinreichend hohe Zellspannungen. Zudem gilt sie als noch sicherer als die Lithium-Ionen-Batterie, bei der es, im Gegensatz zu Magnesium-Batterien, zu durch Ablagerungen an den Elektroden verursachten Kurzschlüssen kommen kann. Damit hat die Magnesium-Batterie großes Potential, sich zu einer sicheren, nachhaltigen und leistungsfähigen Batterietechnologie zu entwickeln. Auf dem Weg zu einer wettbewerbsfähigen Magnesium-Batterie muss die Forschung allerdings noch zahlreiche elektrochemische Hindernisse beseitigen.
