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2007-11-02
ENERGIETECHNIK

Artikel: Aluminium-Batterien -- der perfekte Stromspeicher?

Elektrofahrzeuge: Im Prinzip eine tolle Sache, aber praktikable Batterien, Brennstoffzellen oder Methoden der Wasserstoff-Produktion? Fehlanzeige!
Solarzellen sind perfekte Energiewandler, aber was, wenn die Sonne nicht scheint? Wie den Strom speichern?

Michael Bockhorst

Praktikable Energiespeicher sind der Angelpunkt für die Gestaltung einer emissionsarmen Energieversorgung. Sie würden die heute verfügbaren Methoden der regenerativen Energien perfekt komlementieren. Jeder, der sich mit dem Thema Energie ernsthaft auseinandersetzt, weiß das. Aber es wird kaum Forschung in diese Richtung betrieben. Beschäftigen sich viele Menschen mit dem Thema Energie auf ernsthafte Weise? Offensichtlich nicht.

Wenn man die jahrzehntewährende Diskussion um Batterien, Wasserstoff und Biosprit Revue passieren läßt, kommt man zu dem Schluß, daß die Probleme noch immer die gleichen sind: Batterien sind zu schwer, zu teuer und nicht haltbar genug. Wasserstoff ist schlecht zu speichern und die Produktion auf emissionsarme Weise heute noch nicht möglich. Biosprit ist schwierig zu gewinnen, steht in direkter Konkurrenz zur Nahrungsgewinnung und ist viel zu umständlich.

Viele erneuerbare Energien, etwa Windkraft und besonders die Photovoltaik liefern direkt Strom. Strom kann mit hoher bis sehr hoher Effizienz in Licht, Wärme, Kraft umgewandelt werden. Was liegt da näher, als Batterien zur Stromspeicherung zu nutzen? Und den Tank des Autos durch eine kompakte leichte Batterie mit genug Energieinhalt auszutauschen? Aber durch welche Batterie?

Bleibatterien, allen als Autobatterien bekannt, sind schwer und groß, wenn man genug Energie für ein Auto mitnehmen möchte. Das Metall Blei ist in der Erdkruste nicht so reichhaltig vorhanden, daß es eine nennenswerte Rolle für Stromspeicher spielen könnte.

Natrium-Schwefel-Batterien sind da schon interessanter, aber die funktionieren nur bei Temperaturen jenseits der 100 Grad Celsius -- vor der Fahrt den Akku erst einmal eine halbe Stunde aufheizen? Das ist für Fahrzeuge des Individualverkehrs uninteressant. Allerdings gibt es Natrium und Schwefel in rauhen Mengen. Und diese Batterien wären -- gemessen an der gespeicherten Energiemenge -- relativ leicht.

Lithium-Ionen-Akkus sind nun in aller Munde. Auch für Elektrofahrzeuge. Lithium hat eine geringe gravimetrische Dichte, dafür eine hohe Energiedichte, wenn es in Batterien eingesetzt wird. Die Krux: Pro Kopf gibt es nur etwa 3 Kilogramm Lithium in der Erdkruste, wenn man es gleichmäßig an die Weltbevölkerung verteilen würde. Damit könnte man vielleicht 10 kWh pro "Nase" an Strom speichern. Zu wenig für Autos, viel zu wenig für Stromspeicher in Haushalten.

Da gibt es noch ein leichtes Element: Aluminium! Es ist eines der häufigsten Elemente in der Erdkruste. Seine Herstellung aus den entsprechenden Mineralien ist energieintensiv, es kann aber leicht recycled werden, dies unter weitaus geringerem Energieaufwand. Schafft man also eine Basisversorgung mit Aluminium, hat man den größten Brocken an Energie in diese Grundlage hineingesteckt.

Schon die Marsianer in dem Science Fiction Roman " Auf zwei Welten" von Kurd Lasswitz, veröffentlicht im Jahre 1896, fuhren in Elektromobilen mit besonders leichten Akkumulatoren:
"Die Martier besaßen ein Verfahren zur Herstellung von Akkumulatoren, die nur ein sehr geringes Gewicht hatten. Diese waren sehr bald auf der Erde eingeführt worden und hatten das Fuhrwesen umgestaltet. In Berlin waren die Pferde vollständig aus dem Verkehr geschwunden."

Welches Material für leichte Akkus liegt näher als Aluminium? Gerade schickt sich ein Start-Up an, wiederaufladbaren Aluminium-Batterien Leben einzuhauchen: Die finnische AB Europositron.

UPDATE: siehe unten

Eine gängige Autobatterie würde mit dieser Technologie weniger als ein Kilogramm wiegen und weniger als einen Liter Volumen beanspruchen! Im Vergleich zu heutigen Autobatterien mit 50 Kilogramm Masse und 20--30 Litern Volumen ein Quantensprung.

Aber auch Autobatterien mit ganz neuen Eigenschaften wären möglich: 60 Kilogramm Batteriegewicht und 40 Liter Volumen für eine Reichweite jenseits der 500 Kilometer. Eine solche Batterie könnte den Benzintank eins zu eins ersetzten. Ein weiterer Quantensprung hin zum wirklich perfekten Elektrofahrzeug.

Die Realisierung von Aluminium-Batterien hat Rainer Partanen, der die Forschungsarbeiten der AB Europositron leiten wird, vorangetrieben. Die Idee zu Aluminiumbatterien ist zwingend und alt, aber aus der Idee eine praktikable Lösung zu entwickeln, ist Knochenarbeit.

Es bleibt zu wünschen, daß die geplanten Arbeiten, in denen zwei Prototypen hergestellt und charakterisiert werden sollen, erfolgreich verlaufen und eine neue Technologie geboren wird. Die angestrebten Leistungsdaten der Aluminium-Batterie:

ParameterWert
Massebezogene Energiedichte: 2100 Wh/kg (Li-Ion ca. 300 Wh/kg, Benzin: ca. 11000 Wh/kg)
Volumenbezogene Energiedichte:1330 Wh/Liter (Li-Ion ca. 200 Wh/Liter)
Ladezyklen: > 3000 (Li-Ion ca. 300)
Arbeitstemperatur: -40-- +70 Grad Celsius (Li-Ion ca. 0 -- 35 Grad Celsius)
Lebensdauer:10--30 Jahre (Li-Ion ca. 5 Jahre)

Auch wenn die genannte Energiedichte des Benzins um den Faktor 5 höher liegt, der Wirkungsgrad eines Elektroantriebs ist 3--4 fach besser als der eines benzingetriebenen Fahrzeugs. Werden die angestrebten Leistungsdaten auch nur zur Hälfte in den Prototypen erreicht, ist dies ein Durchbruch in der Energietechnik. Photovoltaik wäre endlich grundlastfähig, Autos könnten ohne Treibstoffe fahren!

UPDATE 2009-03-08:
Der Gründer der Europositron AB wurde Anfang 2009 angeklagt, weil Gelder für die Europositron AB, die durch Investoren aufgebracht wurden, nicht für die entsprechenden Forschungsaufgaben eingesetzt wurden.
Die relevanten Unterlagen zu den geplanten Al-Batterie-Prototypen wurden im Rahmen des Verfahrens aus dem Firmen-Safe sichergestellt. Sie lassen nur einen Schluß zu: Die technischen Grundlagen für den Bau langelebiger Aluminium-Batterien mit hoher Energiedichte sind in der Europositron AB nicht vorhanden.

Weiteres im WWW:
  • AB Europositron
    Website des Startup-Unternehmens von Prof. Partanen u.a., Sprache: EN