Das ethische Dilemma der Abhängigkeit von Kobalt
Akkus sind heutzutage eine der wichtigsten Formen der Energieversorgung, vom Smartphone bis zum E-Auto. Akkus sind aber nicht gerade unschädlich für die Umwelt, oder? Deshalb ist man auf der Suche nach nachhaltigeren Alternativen zum herkömmlichen Lithium-Ionen-Akku.
Neugierig? Dann sehen Sie sich diese Galerie an, um die wichtigsten Mitbewerber kennenzulernen.
Zunächst wären da Natrium-Ionen-Akkus. Diese funktionieren im Prinzip genauso wie Lithium-Ionen-Akkus mit dem einzigen Unterschied, dass die Lithium-Ionen, die die Ladung tragen, durch Natrium-Ionen ersetzt werden.
Der größte Vorteil, Natrium statt Lithium zu verwenden, ist die Verfügbarkeit. Meersalz kann praktisch überall auf der Welt dazu verwendet werden, Natrium zu gewinnen.
Der Nachteil an Natriumakkus ist jedoch, dass Natrium-Ionen um einiges größer sind als Lithium-Ionen. Das bedeutet eine geringere Energiedichte, was wiederum eine kürzere Akkulaufzeit für Smartphones und eine geringere Reichweite für E-Autos etc. bedeutet.
Als Nächstes sind Lithium-Schwefel-Akkus zu nennen. Hier wird das seltene anionische Kobalt eines Lithium-Ionen-Akkus durch Schwefel ersetzt.
Abgesehen von leichter zugänglichen Rohstoffen haben Lithium-Schwefel-Akkus die Vorteile einer hohen Energiedichte und geringer Produktionskosten.
Das größte Manko dieser Lösung ist derzeit die schnelle Abbaugeschwindigkeit. Deshalb sind Lithium-Schwefel-Akkus noch nicht in Elektronikgeräten im Alltag einsetzbar.
Der vielleicht wichtigste Mitbewerber in diesem Wettlauf sind Feststoffakkus. Diese funktionieren wie Lithium-Ionen-Akkus, nur dass sie statt eines flüssigen Elektrolyten, der die Ionen zwischen den Elektroden wandern lässt, einen festen verwenden.
Der größte Vorteil der Feststoffakkus gegenüber den traditionellen Lithium-Ionen-Akkus ist, dass sie sich viel weniger leicht entzünden.
Feststoffakkus haben außerdem eine höhere Leitfähigkeit, was eine bessere Akkukapazität und Ladegeschwindigkeit für Geräte mit dieser Technologie bedeutet.
Wasserstoff-Brennstoffzellen sind nicht wirklich Akkus, haben sich aber als eine beliebte Möglichkeit der Herstellung sauberer Energie herausgestellt.
Wasserstoff-Brennstoffzellen erzeugen durch die Zufuhr von Sauerstoff aus der Luft zum vorhandenen Wasserstoff Strom und Wasserdampf. Der Prozess ist vollkommen umweltfreundlich.
Der Nachteil von Wasserstoff-Brennstoffzellen sind die Baukosten. Außerdem haben nicht viele Länder die nötige Infrastruktur, um sie zu betreiben.
Eine Alternative, die sich noch in einer frühen Forschungsphase befindet, sind Magnesiumakkus. Diese nutzen statt Lithium- Magnesiumionen für die Übertragung der Ladung.
Die Vorteile dieser Lösung sind die Verfügbarkeit im Überfluss und die höhere Ionen-Ladung von Magnesium. Dies bewirkt eine höhere Energiedichte bei gleicher Größe der Akkuzelle.
Es gibt jedoch noch einige unbeantwortete Fragen für die Nutzung von Magnesiumakkus. Unter anderem, welches Material sich am besten für die Kathode eignet, da die Materialien aus Lithium-Ionen-Akkus hier nicht funktionieren.
Ein weiteres vielversprechendes Material für die Akkuherstellung ist das weltweit dünnste Material Graphen. Es besteht aus einer einfachen Lage von Kohlenstoffatomen.
Graphen hat einige Eigenschaften, die es zu einem starken Mitbewerber im Rennen um den Ersatz von Lithium machen. Es ist stabil, leicht und hat eine sehr gute elektrische Leitfähigkeit.
Graphen ist jedoch momentan noch zu teuer, um es in kommerziellen Produkten einzusetzen. Der Preis liegt bei umgerechnet mehr als 56.000 € pro Tonne.
Als Nächstes gibt es noch Aluminium, das sowohl leicht verfügbar als auch eines der am leichtesten zu recycelnden Materialien ist.
Aluminium hat außerdem den Vorteil, deutlich günstiger als Lithium zu sein. Daher ist dies einer der Favoriten von Experten für die Entwicklung alternativer Akkutechnologien.
Das australische Unternehmen Graphene Manufacturing Group gibt beispielsweise an, dass Aluminiumakkus 60 Mal schneller laden als die Variante mit Lithium.
Es wird auch an Eisen als Alternative zum Lithium geforscht. Eisen neigt Berichten zufolge weniger zu einem Leistungsverlust als Lithium.
Das Problem mit Eisenakkus ist, dass sie momentan noch zu groß sind, um in Gebrauchsartikeln wie Handys oder E-Autos verwendet zu werden.
Eisen könnte dennoch eine gute Lösung für Energiespeicher im Stromnetz sein. Eine Firma im Bundesstaat Oregon der USA investierte kürzlich stark in diese Technologie.
Silikon ist ein weiteres Material, das das Interesse der Forscher geweckt hat. Es kann Lithium nie vollständig ersetzen, aber Lithium-Akkus zugesetzt werden, um ihre Lebensdauer zu verlängern.
Momentan wird in Lithium-Akkus Graphit als einer der Hauptbestandteile genutzt. Das Lithium rutscht jedoch durch die Lücken in den Kohlenstoff-Schichten, was auf Dauer zu einem Verlust in der Speicherfähigkeit führt.
Die Verwendung von Silikon anstatt Graphit könnte sowohl diesen Verlust reduzieren als auch die Akkus leichter machen.
Die letzte Lösung auf unserer Liste ist Hanf, der für sein schnelles Wachstum, seine Kohlenstoffbindung und seine vielseitige Einsatzfähigkeit als Faserstoff geschätzt wird.
Eine Start-up-Firma aus Texas, Bemp, schlug bereits vor, Hanf für die Herstellung alternativer Akkus zu nutzen. Die Firma hat bereits einen Bor-Kohlenstoff-Akkutyp mit dem Material hergestellt.
Dieser Akku nutzt immer noch Lithium und Lithium-Schwefel-Technologie, ist jedoch günstiger, leichter und einfacher zu recyceln als herkömmliche Lithium-Ionen-Akkus.
Quellen: (BBC) (Android Authority) (AZoCleantech)
Sehen Sie auch: Grüne Materialien: Die Zukunft des nachhaltigen Bauens
Nachhaltigere Alternativen zu Lithium-Ionen-Akkus
Das Rennen um die besten Lösungen
LIFESTYLE Wissenschaft
Akkus sind heutzutage eine der wichtigsten Formen der Energieversorgung, vom Smartphone bis zum E-Auto. Akkus sind aber nicht gerade unschädlich für die Umwelt, oder? Deshalb ist man auf der Suche nach nachhaltigeren Alternativen zum herkömmlichen Lithium-Ionen-Akku.
Neugierig? Dann sehen Sie sich diese Galerie an, um die wichtigsten Mitbewerber kennenzulernen.