Nachhaltige Alternativen zu Lithium-Ionen-Batterien

Das Rennen um die besten Lösungen

Nachhaltige Alternativen zu Lithium-Ionen-Batterien
Stars Insider

03/04/24 | StarsInsider

LIFESTYLE Wissenschaft

Batterien sind heutzutage eine der wichtigsten Formen der Energieversorgung, vom Smartphone bis zum E-Auto. Batterien sind aber nicht gerade unschädlich für die Umwelt, oder? Deshalb ist man auf der Suche nach nachhaltigeren Alternativen zur herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterie.

Neugierig? Dann sehen Sie sich diese Galerie an, um die wichtigsten Mitbewerber kennenzulernen.

Natrium-Ionen-Batterien
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Natrium-Ionen-Batterien

Zunächst wären da Natrium-Ionen-Batterien. Diese funktionieren im Prinzip genauso wie Lithium-Ionen-Batterien mit dem einzigen Unterschied, dass die Lithium-Ionen, die die Ladung tragen, durch Natrium-Ionen ersetzt werden.

Natrium-Ionen-Batterien
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Natrium-Ionen-Batterien

Der größte Vorteil, Natrium statt Lithium zu verwenden, ist die Verfügbarkeit. Meersalz kann praktisch überall auf der Welt dazu verwendet werden, Natrium zu gewinnen.

Natrium-Ionen-Batterien
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Natrium-Ionen-Batterien

Der Nachteil an Natriumbatterien 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.

Lithium-Schwefel-Batterien
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Lithium-Schwefel-Batterien

Als Nächstes sind Lithium-Schwefel-Batterien zu nennen. Hier wird das seltene anionische Kobalt einer Lithium-Ionen-Batterie durch Schwefel ersetzt.

Lithium-Schwefel-Batterien
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Lithium-Schwefel-Batterien

Abgesehen von leichter zugänglichen Rohstoffen haben Lithium-Schwefel-Batterien die Vorteile einer hohen Energiedichte und geringer Produktionskosten.

Lithium-Schwefel-Batterien
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Lithium-Schwefel-Batterien

Das größte Manko dieser Lösung ist derzeit die schnelle Abbaugeschwindigkeit. Deshalb sind Lithium-Schwefel-Batterien noch nicht in Elektronikgeräten im Alltag einsetzbar.

Feststoffbatterien
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Feststoffbatterien

Der vielleicht wichtigste Mitbewerber in diesem Wettlauf sind Feststoffbatterien. Diese funktionieren wie Lithium-Ionen-Batterien, nur dass sie statt eines flüssigen Elektrolyten, der die Ionen zwischen den Elektroden wandern lässt, einen festen verwenden.

Feststoffbatterien
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Feststoffbatterien

Der größte Vorteil der Feststoffbatterien gegenüber den traditionellen Lithium-Ionen-Batterien ist, dass sie sich viel weniger leicht entzünden.

Feststoffbatterien
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Feststoffbatterien

Feststoffbatterien haben außerdem eine höhere Leitfähigkeit, was eine bessere Batteriekapazität und Ladegeschwindigkeit für Geräte mit dieser Technologie bedeutet.

Wasserstoff-Brennstoffzellen
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Wasserstoff-Brennstoffzellen

Wasserstoff-Brennstoffzellen sind nicht wirklich Batterien, haben sich aber als eine beliebte Möglichkeit der Herstellung sauberer Energie herausgestellt.

Wasserstoff-Brennstoffzellen
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Wasserstoff-Brennstoffzellen

Wasserstoff-Brennstoffzellen erzeugen durch die Zufuhr von Sauerstoff aus der Luft zum vorhandenen Wasserstoff Strom und Wasserdampf. Der Prozess ist vollkommen umweltfreundlich.

Wasserstoff-Brennstoffzellen
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Wasserstoff-Brennstoffzellen

Der Nachteil von Wasserstoff-Brennstoffzellen sind die Baukosten. Außerdem haben nicht viele Länder die nötige Infrastruktur, um sie zu betreiben.

Magnesiumbatterien
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Magnesiumbatterien

Eine Alternative, die sich noch in einer frühen Forschungsphase befindet, sind Magnesiumbatterien. Diese nutzen statt Lithium- Magnesiumionen für die Übertragung der Ladung.

Magnesiumbatterien
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Magnesiumbatterien

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 Batteriezelle.

Magnesiumbatterien
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Magnesiumbatterien

Es gibt jedoch noch einige unbeantwortete Fragen für die Nutzung von Magnesiumbatterien. Unter anderem, welches Material sich am besten für die Kathode eignet, da die Materialien aus Lithium-Ionen-Batterien hier nicht funktionieren.

Graphen-Akkus
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Graphen-Akkus

Ein weiteres vielversprechendes Material für die Batterieherstellung ist das weltweit dünnste Material Graphen. Es besteht aus einer einfachen Lage von Kohlenstoffatomen.

Graphen-Akkus
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Graphen-Akkus

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-Akkus
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Graphen-Akkus

Graphen ist jedoch momentan noch zu teuer, um es in kommerziellen Produkten einzusetzen. Der Preis liegt bei umgerechnet mehr als 56.000 € pro Tonne.

Aluminiumbatterien
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Aluminiumbatterien

Als Nächstes gibt es noch Aluminium, das sowohl leicht verfügbar als auch eines der am leichtesten zu recycelnden Materialien ist.

Aluminiumbatterien
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Aluminiumbatterien

Aluminium hat außerdem den Vorteil, deutlich günstiger als Lithium zu sein. Daher ist dies einer der Favoriten von Experten für die Entwicklung alternativer Batterietechnologien.

Aluminiumbatterien
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Aluminiumbatterien

Das australische Unternehmen Graphene Manufacturing Group gibt beispielsweise an, dass Aluminiumbatterien 60 Mal schneller laden als die Variante mit Lithium.

Eisenbatterien
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Eisenbatterien

Es wird auch an Eisen als Alternative zum Lithium geforscht. Eisen neigt Berichten zufolge weniger zu einem Leistungsverlust als Lithium.

Eisenbatterien
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Eisenbatterien

Das Problem mit Eisenbatterien ist, dass sie momentan noch zu groß sind, um in Gebrauchsartikeln wie Handys oder E-Autos verwendet zu werden.

Eisenbatterien
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Eisenbatterien

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
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Silikon

Silikon ist ein weiteres Material, das das Interesse der Forscher geweckt hat. Es kann Lithium nie vollständig ersetzen, aber Lithium-Batterien zugesetzt werden, um ihre Lebensdauer zu verlängern.

Silikon
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Silikon

Momentan wird in Lithium-Batterien 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.

Silikon
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Silikon

Die Verwendung von Silikon anstatt Graphit könnte sowohl diesen Verlust reduzieren als auch die Batterien leichter machen.

Hanf
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Hanf

Die letzte Lösung auf unserer Liste ist Hanf, der für sein schnelles Wachstum, seine Kohlenstoffbindung und seine vielseitige Einsatzfähigkeit als Faserstoff geschätzt wird.

Hanf
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Hanf

Eine Start-up-Firma aus Texas, Bemp, schlug bereits vor, Hanf für die Herstellung alternativer Batterien zu nutzen. Die Firma hat bereits einen Bor-Kohlenstoff-Batterietyp mit dem Material hergestellt.

Hanf
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Hanf

Diese Batterie nutzt immer noch Lithium und Lithium-Schwefel-Technologie, ist jedoch günstiger, leichter und einfacher zu recyceln als herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien.

Quellen: (BBC) (Android Authority) (AZoCleantech)

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