Mikrospeicher, Bild: Lunghammer_TU Graz

Die Mikrobatterie ist nur wenige Millimeter groß und erreicht Leistungsstärken, die mit den besten heutzutage erhältlichen Li-Ionenbatteriesystemen konkurrieren können. Bild: TU Graz/Lunghammer

Energiespeicher und Batterietechnologie bleibt ein brisantes Thema. An den Universitäten und Forschungsinstituten wird an verschiedenen Ansätzen gearbeitet, um die Leistung der Bauteile weiter zu verbessern. Auch die Unternehmen der Branche arbeiten an immer neuen und verbesserten Versionen. Und das mit ganz unterschiedlichen Ergebnissen.

An der ETH in Zürich hat man einen Lithium-Ionen-Akku entwickelt, der keine Gele und Flüssigkeiten enhält. Er besteht nur aus festem Material. Der Vorteil besteht in der Resistenz bei hohen Temperaturen. So sollen sich die Akkumulatoren dank der dem Verzicht von flüssigen oder gelförmigen Substanzen nicht mehr entzünden können. Neben dem Sicherheitsaspekt — man denke an Lithium-Ionen-Akuus, die in Elektrofahrzeugen verbaut wurden — gibt es jedoch einen weiteren Vorteil. So können nun auch Veränderungen beim Designaufbau der Stromspeicher umgesetzt werden.

An der TU München betreibt man Grundlagenforschung in der Batterietechnologie. Dort versprechen sich die Forscher eine Verbesserung bei der Leistungsfähigkeit und beim Gewicht von Speichern. Dazu forscht man jedoch nicht an Lithium-Ionen-Akkus. Vielmehr setzt man die Hoffnung in Lithium-Luft-Energiespeicher. Diese fallen jedoch in der Praxis  bisher negativ auf. Denn die Lebenszeit der Batteriespeicher mit Luft ist bisher recht gering. Woran das lag haben die Münchener Wissenschaftler nun herausbekommen. Singulett-Sauerstoff ist sehr reaktionsfreudig und korrodiert die Materialien in seiner Umgebung blitzschnell. Nun da die Ursache gefunden ist, arbeiten die Forscher an der Behebung des Problems.

Das amerikanische Unternehmen Solid Energy verfolgt einen weiteren spannenden Ansatz. Dort hat man sich ebenfalls zum Ziel gesetzt an den Materialen zu forschen, um so die marktüblichen Akkumulatoren weiter zu verbesseren. So will die Firma die notwendige Stromspeicherkapazität der Akkumulatoren durch eine bessere Energiedichte erhöhen, um damit die Reichweite von Elektrofahrzeugen, die Flugzeit von Drohnen und die Ladezyklen von smarten Devices zu verlängern. Dies geschieht dank eines anderen Anodenmaterials. Statt Grafit zu verwenden, arbeitet man bei Solid Energy mit einer Folie aus Lithium-Metall, die sowohl weniger Platz benötigt, als auch eine bessere Aufnahmekapazität für Ionen hat. Schon 2016 sollen Drohnen mit Akkus ausgestattet werden, die als Bauteil bis zu 50 Prozent des Platzes einsparen. In den folgenden Jahren sollen Stromspeicher für Smartphones und Elektroautos folgen.

Miniaturbatterien, so könnte man wohl die Neuentwicklung nennen, die aus dem Christian Doppler-Labor für Lithium-Batterien am Institut für Chemische Technologie von Materialien der TU Graz stammt. Die Forscher dort konnten einkristallines Halbleitersilizium als aktive Speicherelektrode in Lithium-Batterien einsetzen. Das Besondere dabei: Mikrochips, die selbst aus Silizium bestehen, können so selbst als Anode agieren. So erfüllt der Chip gleich zwei Funktionen auf einmal. Elektronik mit integrierter Speicherfunktion also. Doch das ist nicht so einfach zu erfüllen, wie es sich zunächst anhört. Die Forscher richteten zunächst das Halbleitermaterial an den Kristallachsen auf mikroskopisch kleiner Ebene aus und aktivierten es anschließend elektrochemisch. Auch die Daten sprechen für die Technik: Den so kann eine Speicherkapazität von mehr als 1000 Milliamperestunden pro Gramm und ein Stromeffizienzwert von mehr als 98,8 Prozent Coulomb erreicht werden. Darüber hinaus ist auch der wirtschaftliche Aspekt der Entdeckung spannend. Auf einen Halbleiter-Si-Wafer könnten, nach Aussagen von Diplomingenieur Michael Sternad (TU Graz), mehrere tausend Zellen parallelisiert hergestellt werden. So wären Stückpreise von wenigen Cent denkbar.

Viele gute Ansätze, um die Energiespeichertechnologie voranzutreiben. Grund genug also, um hoffnungsvoll in die Zukunft zu blicken.