Eine hohe Energiedichte erlaubt lange Reichweiten – eine hohe Leistungsdichte dagegen einen schnellen Ladevorgang. Derzeit sind keine Batterien verfügbar, die beide Eigenschaften in gleich hohem Maße aufweisen. Den besten Kompromiss schafft aktuell die Lithium-Ionen-Batterie – und dominiert deshalb den Markt.
Wird dies so bleiben? Fakt ist, dass aktuell emsig geforscht wird, aus welchen Materialien das optimale „Paket“ für eine hohe Energiedichte, kleiner Baugröße und viel Sicherheit zu möglichst niedrigen Kosten produzierbar ist. Forscher der RWTH Aachen glauben, dass es bezogen auf die Materialien der Zukunft einen Mix geben wird, denn die Interessen und Anwendungen seien zu verschieden.
Aktuell ist die Lithium-Ionen-Batterie (LIB) als Energielieferant zentraler Markführer, da sie sowohl die Reichweite als auch die Fahrzeugkosten entscheidend beeinflusst. „Und das wird in den nächsten Jahren auch so bleiben“, prophezeien die Forscher. Trotzdem gibt es jetzt schon für gewisse Bereiche interessante Alternativen.
In China kommt beispielsweise die Lithium-Eisenphosphat-Batterie in großem Maße zum Einsatz. Nachteil: Sie hat weniger Energiedichte und damit ist die Reichweite des Autos bei der gleichen Masse der Batterie geringer. Auf der anderen Seite hat sie große Vorteile, was Langlebigkeit und Sicherheit angeht.
Als eine interessante Alternative stuft das Forscherteam aus Aachen die Natrium-Ionen-Batterie ein. Großer Vorteil: Die Grundmaterialien sind viel billiger. „Denn Natrium kostet in der Grundform der Rohstoffe nur einen Bruchteil von Lithium.“ In China werde dies bereits auf relativ großen Linien produziert. Ein weiterer Vorteil ist, dass man Natrium-Ionen-Batterien auf null Volt entladen kann. Ein großer Gewinn für Lagerung und Transport. Bei der Lithium-Ionen-Batterie gibt es diesen Zustand nicht, eine Batterie komplett zu entladen, ohne sie dabei zu zerstören. Und doch glauben die Forscher trotz der zahlreichen Vorteile nicht, dass Natrium-Ionen-Batterien in näherer Zukunft den gesamten Markt übernehmen.
Das größte Hindernis: Die Natrium-Ionen-Batterie weist eine deutlich niedrigere Energiedichte auf als etwa Lithium-Ionen-Batterien, was sich perspektivisch wohl auch nicht ändern wird. Im Vergleich zu einer Lithium-Eisenphosphat-Batterie liegt ihre Energiedichte bei 80 Prozent – zu einer Nickel-Mangan-Kobalt-Batterie sogar bei nur bei 60 Prozent. Folge: Eine Reichweite von 500 Kilometern mit einer Natrium-Ionen-Batterie sei zum aktuellen Zeitpunkt nicht umsetzbar.
„Zumindest mit den aktuellen Techniken gehen wir davon aus, dass die Natrium-Ionen-Batterie maximal fünf bis zehn Prozent des Marktes für Fahrzeuge im innerstädtischen Bereich einnehmen kann“, glauben die Forscher. Wenn die Fahrzeuge nur 50 Kilometer Reichweite benötigen, dann seien sie sehr gut geeignet, weil Natrium-Ionen-Batterien äußerst schnell aufzuladen sind. Entsprechend könnte es gut sein, dass auf anderen Gebieten die Natrium-Ionen-Batterie an Bedeutung gewinnt – beispielsweise für Motorräder, Roller und stationäre Speicher für den gesamten Strommarkt.
Das Fazit: Als Batterien der Zukunft sehen die Forscher die Solid State und Natrium-Ionen. Sie werden zwar in den kommenden Jahren größere Marktanteile noch nicht einnehmen, wohl aber in Jahrzehnten. An der Marktmacht der Lithium-Ionen-Batterie werde in den nächsten zehn Jahren wenig zu rütteln sein.