Batterien der Zukunft

Die Weiterentwicklung von Lithium-Ionen-Akkus stagniert, sagt Nitash Balsara, Professor an der University of California in Berkeley.

"Die Energiemenge, welche die Batterie abgibt, bezogen auf ihr Gewicht, hat sich in den vergangenen zwei Jahren nicht erhöht. Wenn man ein Produkt auf den Markt bringt, dann gibt es immer eine gewisse Weiterentwicklung oder eine Preissenkung. Aber nichts davon ist innerhalb dieser zwei Jahre geschehen."

Und das liegt an den Sicherheitsvorkehrungen, sagt Balsara. Eine Kunststofffolie trennt in der Batterie den Pluspol vom Minuspol. Dieser so genannte Separator darf nicht zu dünn sein, denn sonst steigt das Risiko, dass es im Akku zu einem Kurzschluss kommt. Und dabei kann sich die leitfähige Flüssigkeit entzünden, in die die beiden Pole und der Separator eintauchen. Eine dicke Folie hingegen erhöht die Sicherheit, macht aber gleichzeitig die Batterie größer als unbedingt nötig. Das Team um Professor Balsara hat sich deshalb ein neues Design für die Akkus einfallen lassen. Einer der Doktoranden hat sich mit der Idee selbstständig gemacht. Mohit Singh von der Firma Seeo.

"Wir haben diese leitfähige, brennbare Flüssigkeit ersetzt durch einen sehr stabilen, nicht entzündlichen Kunststoff. Anstelle einer vollgesogenen Folie enthalten unsere Batterien einen Film, der zwei Funktionen gleichzeitig übernimmt: Die des Separators und die der leitfähigen Flüssigkeit."

Die Gefahr einer Selbstentzündung ist damit gebannt, die beiden Pole rücken enger zusammen, die Batterie kann kompakter werden. Die Herausforderung bestand darin, ein Material zu finden, das einerseits stabil genug ist, um einen Kurzschluss, einen direkten Kontakt der Pole, zu verhindern und andererseits weich genug, um die Leitfähigkeit zu gewährleisten. Bei einem herkömmlichen Kunststoff müssten die Chemiker hier einen Kompromiss eingehen, sagt Nitash Balsara.

"Aber wählt man ein Material mit einer inneren Struktur aus, das aus zwei verschiedenen Komponenten besteht, dann löst sich dieses Dilemma auf. Man wählt einen harten Bestandteil aus und einen weichen – und hat so beide Eigenschaften vereint."

Ein anderer Forscher, Hiroyuki Nishide von der Waseda University in Tokio, hat die Idee von den leitfähigen Kunststoffen gleich ganz auf die Spitze getrieben. Er hat Batterien entworfen, die überhaupt kein Metall, wie zum Beispiel Lithium, enthalten. Plastik durch und durch. Das hat gewisse Vorteile. Nishide:

"Die wichtigste Eigenschaft solch einer Plastik-Batterie ist, dass sie sich sehr schnell aufladen und wieder entladen lässt. Weniger als zehn Sekunden genügen, um unsere Batterie vollkommen zu laden."

Mit herkömmlichen Batterien haben diese Energiespeicher nicht mehr viel gemeinsam. Sie sind dünn wie Papier, lassen sich biegen, und manche von ihnen sind durchsichtig. Leider ist ihre Kapazität stark begrenzt. Sie werden sich daher wohl nur für bestimmte Nischenanwendungen durchsetzen. Nishide::

"Im Moment denken wir daran, eine Plastik-Batterie in eine intelligente Kreditkarte zu integrieren. Die Karte sollte biegsam sein, so wie unsere Akkus. Und aufladen lässt sich Batterie, wenn man die Karte durch ein Lesegerät zieht. Diese Zeitspanne reicht für uns vollkommen aus. Solch ein System schwebt uns vor."

Aber bis zur Verwirklichung dieser Vision werden wohl noch ein paar Jährchen ins Land gehen.