TEIL C

Neue Ansätze der Batterie-Technologien

Vorbemerkung: Neben den im folgenden aufgeführten Batterien und Akkumulatoren empfehle ich den Lesern auch einen Blick auf die Kapitel der elektrischen Mobilität, da sich dort diverse Einsatzbeispiele für diese Techniken befinden.

Vor Helgoland experimentiert die Gesellschaft für Kernenergieverwertung in Schiffbau und Schiffahrt (GKSS) mit einer 23 m tief versenkten Radionuklid-Batterie, und auch die Firmen MBB und Siemens arbeiteten daran, die Zerfallswärme radioaktiver Isotope für eine entsprechende Batteriekonstruktion zu nutzen, die später zwar nicht gerade für Kraftfahrzeuge, aber sehr gut für automatische Wetterwarten, Signalbojen u.ä. geeignet ist. Derartige Batterien werden auch bei Satelliten und Raumsonden eingesetzt. Die Cassini-Sonde hatte sogar mehrere Kilogramm Plutonium mit an Bord...!

Im April 2008 stellt das US-Unternehmen Hyperion Power Generation aus Santa Fe das Konzept eines transportablen Nuklearreaktors vor, der ohne jede beglichen Teile auskommt und dadurch einer nuklearen Batterie gleicht. Das Patent geht auf den Wissenchaftler Otis Peterson im Jahr 2003 zurück. In der Größe eines Whirlpools produziert der mit Uranhydrit befüllte und von einer Wasserstoff-Atmosphäre umgebene Nukleargenerator 27 MW thermische Energie, was dem Bedarf von rund 25.000 Haushalten entspricht. Das Unternehmen war erst einen Monat zuvor am Los Alamos National Laboratory gegründet worden, um die Technologie auch für den privaten Sektor marktreif zu machen. Ende 2012 soll in New Mexico eine Anlage zur Herstellung einer Erstserie von 4.000 Stück dieser Nuklearbatterien errichtet werden. Diese Modelle sollen dann schon 70 MW thermische und mittels einer Dampfturbine daraus 25 MW elektrische Energie erzeugen können. Die Entwicklung wird von der Altira Group LLC aus Denver, Colorado, finanziert.

Die BBC in Mannheim investiert zwischen 1972 und 1987 über 100 Mio. DM in die Entwicklung der Natrium/Schwefel-Batterie. Für den ausschließlichen Kfz-Verkehr sind die Versuche der Gesellschaft für elektrischen Straßenverkehr (GES) in Düsseldorf gedacht, die mit einem Wagenpark von 50 Elektro-Kleintransportern (Höchstgeschwindigkeit 70 km/h) die erste praktische Erprobung startet. 1973 führt das Batelle-Institut in Frankfurt zusammen mit BBC BMFT-unterstützte Forschungen an Natrium/Schwefel-Batterien durch, und im Rahmen des Groß­versuchs ‚Elektrobus-Programm Nordrhein-Westfalen’ werden mit dem Einsatz von 20 Batterie-Bussen weitere experimentelle Ergebnisse gesammelt. Die Na/S-Batterie hat unter Laborbedingungen eine sehr hohe spezifische Speicherfähigkeit gezeigt (0,3 kWh/kg), allerdings auch eine nicht unproblematische Betriebstemperatur von bis zu 350°C.

Beim dem 1983 versuchsweise durchgeführten Einbau von jeweils 400 kg schweren Ns/S-Akkus in 20 Golf-Pkw zeigt sich, daß die erzielte Reichweite mit nur 70 km sehr gering ist, da die tatsächlich erreichte spezifische Speicherfähigkeit kaum 0,1 kWh/kg erreicht (die Kosten eines einzelnen Elektro-Golfs betragen immerhin 40.000 DM). Es gibt ferner Versuche mit Elektrobussen, die sowohl am Hochleitungsnetz angeschlossen, als auch davon abgetrennt im Schwefel/Natrium-Batteriebetrieb umherfahren können. Auf Landfahrt wird dann ein ebenfalls eingebauter normaler Verbren­nungsmotor eingeschaltet (Hybridtechnik). Noch 1989 wird – ebenfalls vom BMFT gefördert – an einer Natrium/Schwefel-Hochleistungsbatterie geforscht (Gewicht 265 kg, über-Nacht-Aufladung am 220 V Stomnetz, Fahrzeugreichweite 100 – 150 km). Im Jahr 1991 integriert man dann spezielle Festkörper-Elektrolyten aus Keramik. Im Vergleich zu Bleiakkumulatoren wird dadurch bei gleichem Energieinhalt nur noch ein viertel des Gewichts bei halbem Bauvolumen benötigt. Mit dieser Batterie ausgerüstete Pkws der Mittelklasse erreichen eine Höchstgeschwindigkeit von 120 km/h und eine Reichweite von 150 – 200 km. Auf 100 km verbraucht die Batterie rund 25 kWh, sie kann etwa 1.000 mal aufgeladen werden, doch das Aufladen dauert noch 8 Stunden. Von den bis zu diesem Zeitpunkt aufgewendeten Entwicklungskosten von 220 Mio. DM trägt das BMFT etwa ein Drittel.

Die Firma Chloride Silent Power Ltd. in Großbrit­annien nimmt mit der Fachunterstützung des staatlichen Electri­city Council ein 900 kg schweres Versuchsfahrzeug in Betrieb, das mit der Kraft von 960 Natrium/Schwefel-Batterien bewegt wird. Bei einer Spitzengeschwindigkeit von 128 km/h hat es eine Reichweite von 240 km. Diese Batterieform wird Ende der 1980er Jahre an der Universität Heidelberg weiterentwickelt, wobei hier besondere Hoffnung für den Einsatz im Verbund mit photovoltaischen Solarsystemen geweckt wird.

Natrium/Schwefel-Batterien werden bereits 1966 von der US-Firma Ford Motor Comp. empfohlen, da sie schon damals den höchsten Entwicklungsstand besitzen und weil ihre Ausgangsmaterialien leicht zugänglich und in ‚beliebiger’ Menge vorhanden sind. Die Trennwand bei derartigen Akkumulatoren besteht aus Keramikmaterial, der Elektrolyt ist fest, dafür sind die Elektroden flüssig. Die Arbeitstemperatur beträgt allerdings 300°C. Ein Fahrzeug mit 500 kg Natrium/Schwefel-Batterien hat 1973 bereits eine Reichweite von etwa 200 km – für die gleiche Reichweite müßte es 2 Tonnen Bleiakkumulatoren mitbewegen! Auch das MIT arbeitet 1976 an dieser Technologie, ein erster Batterie-Prototyp wiegt sogar nur ein Fünftel herkömmlicher Modelle. Hier besteht die Membran aus Zirkoniumphosphosilikat und wird zwischen geschmolzenes Natrium und Schwefel geschaltet.

Der Elektrokonzern ABB verabschiedet sich 1995 aus dem Rennen um eine neue Natrium/Schwefel-Batterie nachdem es bei Versuchsfahrten in den USA mit ABB-Akkus zu mehreren merkwürdigen Bränden gekommen ist.

Im März 2008 berichtet die Presse von dem Plan des US-Unternehmens Xcel Eenergy aus Minnesota, in Kooperation mit der University of Minnesota, dem National Renewable Energy Laboratory und dem Great Plains Institute die für die USA erstmalige Verwendung von Batterien zur Speicherung von Windstrom zu testen. Dabei werden Natrium/Schwefel-Batterien des japanischen Industriekeramik-Herstellers NGK Insulators Ltd. aus Nagoya auf ihre technische und wirtschaftliche Machbarkeit überprüft. Hierfür wird im Laufe des Frühjahrs in Luverne, etwa 45 km östlich von Sioux Falls in South Dakota, ein etwa 80 t schwerer Klotz aus 20 Stück 50 kW NAS-Modulen aufgestellt, der eine Energiemenge von 7,2 MWh speichern kann, die aus einem nahegelegenen Windenergiepark mit einer Leistung von 11 MW stammen. Die Ladekapazität der Batterie, die in Zusammenarbeit mit der Tokyo Electrical Power Company entwickelt wurde, beträgt 1 MW, d.h. daß sie pro Stunde 1 MWh an Energie aufnehmen bzw. abgeben kann. Voll geladen können damit 500 Haushalte über sechseinhalb bis sieben Stunden mit Strom versorgt werden. Das Speicherprojekt wird mit 1 Mio. $ aus dem öffentlichen Minnesota Renewable Development Fund gefördert und soll bereits im Oktober 2008 in Betrieb gehen.

Im April 2008 gibt NGK bekannt, daß man auch in einem Dorf an der Nordspitze Japans eine Natrium/Schwefel-Batteriebank errichtet, um dort den Strom der Windturbinen in Rokkasho für Spitzenbedarfszeiten zu speichern um ihn dann mit weit größerer Gewinnspanne zu verkaufen. Pro 1 MW Speicherkapazität kostet das System rund 2,9 Mio. $, es besitzt eine 4,3-fache Speicherkapazität im Vergleich zu konventionellen Blei/Säure-Batterien.

Ebenfalls im April 2008 wird ein ähnliches System auch aus China bekannt, das dort vom Shanghai Institute of Ceramics, der chinesischen Akademie der Wissenschaften und einem lokalen Stromanbieter entwicklet wird. Im Unterschied zu den bislang üblichen Modellen wird das Natrium am negativen Pol, und der Schwefel am positiven Pol der Batterie eingesetzt. Die Lebensdauer der preislich günstig herstellbaren Batterie soll 10 Jahre betragen. Aus 400 Einzelzellen von 125 W werden hier 50 kW Module zusammengeschaltet.

Bereits Mitte der 1980er Jahre arbeiten die BASF und die Varta AG gemeinsam an einer flexiblen Lithium-Batterie auf Basis eines neuentwickelten, elektrisch leitenden Kunststoffes namens Polypyrrol. Neu war die Idee auch damals nicht, da schon lange zuvor jeder Polaroid-Film eine ähnliche flache und flexible 6-Volt-Batterie besaß, deren Technologie aber fast unbekannt blieb.

Das Max-Planck-Institut für Festkörperforschung in Stuttgart untersucht seinerseits Lithium- und Lithiumnitrat-Zellen auf ihre praktische Anwendbarkeit. Diese Batteriezellen haben beim glei­chen Gewicht wie herkömmliche Bleiakkumulatoren die 7-fache Energiespeicherkapazität, die Energiedichte liegt bei etwa 200 Wh/kg. Die Versuche sind vielversprechend, weil Lithium zum einen das leichteste uns bekannte Metall ist, und weil der feste Innenleiter zum anderen keine Auslaufgefahr birgt. Konzipiert werden diese Akkumulatoren hauptsächlich für die Mikrotechnik, doch eine verkehrstechnische Anwendung braucht deshalb nicht ausgeschlossen zu werden. Die US-Amerikanische Firma Panasonic Industrial Corp. entwickelt papierdünne Lithiumbatterien mit einer Dicke von nur 0,8 mm, welche aufgrund einer verhinderten Gasbildung auch nach 10 Jahren noch bis zu 95 % der ehemals eingespeicherten Energie enthalten sollen. Auch die Hannoveraner Varta Batterie AG und das US-Unternehmen Duracell International Inc. forschen gemeinsam an Lithium-Ionen-Batterien (LiIon). Den Auftrag für dieses 18 Mio. $ Projekt vergibt 1994 das United States Advanced Battery Consortium (USABC), dem Ford, Chrysler und GM angehören.

Das britisch-amerikanische Unternehmen Ultralife Batteries stellt 1995 den Prototyp einer Batterie vor, die überhaupt keinen flüssigen Elektrolyt mehr enthält. Statt dessen wird dieser durch eine feste Polymerschicht ersetzt, die sich zwischen der Anode aus Lithium in einem Kohlenstoffgitter und der Kathode aus mit Manganoxid vermischtem Lithium befindet. Der Aufbau ist so einfach, daß die Batterie sogar in Form einer einen Millimeter dicken Folie hergestellt werden kann. Außerdem kann die Batterie rund 1.000 mal aufgeladen werden, womit sie alle bisherigen Modelle um das fünffache übertrifft. Das Unternehmen gibt bekannt, rund 30 Mio. DM in den Aufbau einer neuen Fabrik zu investieren. Bei Massenproduktion soll eine marktübliche Batterie etwa 1,50 DM kosten.

Französische Wissenschaftler beschreiben 1999 eine Lithiumbatterie, die bis zu 100 mal wieder aufgeladen werden kann, ohne dabei ihre Kapazität einzubüßen. Die hierfür neu entwickelte negative Elektrode besteht aus winzig kleinen Partikeln der Sauerstoffverbindungen von Kobalt, Nickel, Kupfer oder Eisen. Diese Metalloxide haben außerdem den Vorteil, daß sie bei gleichem Volumen die sechsfache Kapazität von Kohlenstoff haben, wie er in herkömmlichen Batterien Verwendung findet.

Mitsubishi arbeitet ebenfalls an Lithium-Ionen-Batterien, die dem firmeneigenen E-Mobil FTO-EV Ende 1999 zu einem Distanzrekord verhelfen: Der bis zu 130 km/h schnelle Prototyp legt innerhalb von 24 Stunden eine Strecke von 2.142 km zurück – wobei das Fahrer-Team jede Stunde eine 20-minütige Pause einlegt, um die Akkus wieder aufzuladen.

Im Mai 2006 beginnt das US-Unternehmen EnerDel aus Indianapolis, eine Tochter der ENER1 Inc., mit der Entwicklung von kompakten Lithium-Ionen-Batterien für den Einsatz in Elektrofahrzeugen wie dem Prius oder dem Th!nk City (s.d.). Unterstützung erhält das Unternehmen dabei vom United States Advanced Battery Consortium (USABC) und dem Department of Energy. Die Technologie selbst stammt aus einer Entwicklung des Argonne National Laboratory in Kombination mit Erfahrungen der Delphi Corporation und der japanischen Lithium-Ionen Industrie.

Im Februar 2007 gibt die bereits 2001 gegründete Firma A123 Systems aus Watertown, Massachussetts, bekannt, daß man unter Einsatz von am MIT entwickeltem Nanomaterial eine neuartige Lithium-Ionen-Batterie erfunden habe, die sich durch extrem hohe Entladeströme und sehr kurze Wiederaufladezeiten von weniger als 5 Minuten charakterisiert, im Gegensatz zu den sonst üblichen rund 90 Minuten. Die M1 Zellen sollen nun in einem plug-in Hybrid SUV von General Motors sowie in dem dreirädrigen Elektromobil VentureOne der Firma Venture Vehicles aus Los Angeles eingesetzt werden. A123 Systems wirbt für seine laufenden Entwicklungen über 250 Mio. $ privater Investitionsmittel ein.

Im August 2007 informiert GM über seine Kooperationspläne mit A123 Systems, das die Akkus für das Elektromobil Chevrolet Volt liefern soll, dessen Produktion 2010 oder 2011 beginnen wird.

Im Januar 2008 gibt das Wall Street Journal auf seiner Titelseite bekannt, daß A123 Systems weitere 132 Mio. $ von der Investmentfirma Sequoia Capital und anderen Investoren bekommt. Die Produkte des Unternehmens werden inzwischen bei den Elektrowerkzeugen von Black & Decker eingesetzt.

Mit einem LiIo-Pack von A123 ist auch das zur Zeit schnellste Elektro-Motorrad der Welt ausgestattet. Das Killacycle beschleunigt in weniger als einer Sekunde auf 96,5 km/h und erreicht nach sieben Sekunden eine Geschwindigkeit von 270 km/h, was schnell genug ist, um in Wettbewerb mit den Benzin-betriebenen US-Dragster-Motorrädern zu treten. Damit wird auch der bisherige Weltrekord des Elektro-Kraftrades Current Eliminator V gebrochen, das Ende 2007 mit Lithium/Titanat Batterien von Altairnano (s.u.) ausgestattet in 7,963 Sekunden eine Endgeschwindigkeit von exakt 258,48 km/h erreicht hatte

Eine weitere neue Variante bilden Lithium-Polymer-Batterien, bei denen das Lithium nicht wie bei den üblichen Lithium-Ionen Batterien in Zellen gepackt, sondern in ein Polymergel eingebracht wird.

Durch diese Technik wird eine Selbstentzündung, die bei anderen Modellen aufgrund interner Kurzschlüsse häufig aufgetreten ist, verhindert. (Zwischen 2004 und 2006 sahen sich Firmen wie Sony, Dell, Lenovo, Toshiba, Apple Computer u.a. gezwungen, Millionen von Lithium-Ionen Batterien zurückzurufen, die sie zusammen mit ihren Notebooks ausgeliefert hatten.)

Die kanadische Hydro-Quebec beginnt bereits 1980 mit Forschungen an Lithium-Polymer-Batterien und gemeinsam mit 3M und dem Argonne National Laboratory wird bis 1997 eine entsprechende Batterie entwickelt, die mit 40 kWh Energieinhalt bei 80 kW Spitzenleistung und einer Energiedichte von 150 Wh/kg eine Kfz-Reichweite bis zu 200 Meilen ermöglicht.

Im Dezember 2006 gibt Sony Electronics bekannt, daß es seine Lithium-Polymer-Batterien  nun ‚bald’ für Laptops produzieren will. Ihr Ersteinsatz geht allerdings schon auf das Jahr 1997 zurück, als Mitsubishi sie in sein sehr störanfälliges Pedion Notebook integrierte, das damals für einen Preis von 6.000 $ angeboten wurde. Zu den bekanntesten Herstellern von Lithium-Polymer-Batterien gehört 2008 die US-Firma Compact Power Inc. (CPI) in Troy, Michigan (s.u.).

Bereits 1992 bilden Nissan, NEC sowie die NEC-Tochter NEC Tokin ein Joint Venture namens Automotive Energy Supply Corporation zur Entwicklung von neuen Lithium-Ionen-Batterien, die ebenfalls primär für den Einsatz in Elektromobilen signifikat leichter und auch kraftvoller als die bislang in Japan eingesetzten Nickel-Metalhydrid Zellen ausfallen sollen (s.u.). Im April 2007 gibt das Joint Venture bekannt, daß man ab 2009 mit der Massenproduktion von Zellen beginnen wird, die nur noch halb so groß aber gleichzeitig doppelt so stark sind, wie gegenwärtige Modelle.

In Deutschland kommt im November 2007 der Essener Evonik-Konzern in die Presse, der gemeinsam mit Forscher der Universität Duisburg-Essen daran arbeitete, besonders leistungsfähige Lithium-Ionen-Batterien autotauglich zu machen. Dabei wird eine weiche Nano-Membran eingesetzt, die in der Marler Fabrik des Unternehmens bereits von den Walzen rollt. An der Entwicklung wird bereits seit Jahren gearbeitet, rund 50 Mio. € sind investiert worden und 25 Patente schützen die Technologie, die im Oktober 2007 für den Deutschen Zukunftspreis nominiert wird. Inzwischen verhandelt Evonik mit diversen Autoherstellern, damit 2009 oder 2010 die ersten Autos mit diesen Antriebsbatterien ausgerüstet werden.

Im Alternative zu den bisher verwendeten Kunststoff-Trennfolien, die bei 140°C zu schmelzen beginnen und daher aus Sicherheitsgründen für Autobatterien mit ihrem hohen Energievorrat nicht akzeptabel sind, werden die Evonik-Folien mit winzigen Keramikpartikeln verklebt, die etwa halb so dick wie ein Haar sind. Dadurch bleiben die unter dem Namen Separion bekannten, flexiblen keramischen Separatormembranen zwar weich, halten dank der Beschichtung aber Temperaturen bis 500°C aus.

Evonik rechnet damit, daß der Batterie-Markt für von derzeit 1,4 Mrd. € bis 2015 auf 4 Mrd. € anwächst und plant für seine Tochter Litarion GmbH in Kamenz/Sachsen und den Kamenzer Batterieteilehersteller Li-Tec, an dem Evonik beteiligt ist, innerhalb der kommenden zwei Jahre Investitionen in zweistelliger Millionenhöhe. Nachschubprobleme werden nicht erwartet, denn Lithium, das vor allem in Mexiko und Südamerika zusammen mit Soda abgebaut wird, ist ausreichend vorhanden.

Seit September 2007 ist die ehemalige Degussa das Geschäftsfeld Chemie der neuen Evonik Industries. Gemeinsam mit dem japanischen Kooperationspartner ENAX, der in Yonezawa hochleistungsfähige Batterien fertigt, wird als ein erster Prototyp ein konventionelles Hybridauto, der Honda Civic, auf Lithium-Ionen-Technologie umgerüstet.

Auch die Exxon Mobil Corp., Amerikas größter Ölkonzern, gibt im November 2007 die Entwicklung einer neuartigen Separator-Folie bekannt, durch die es möglich wird, größere Lithium-Ionen-Batterien herzustellen, die sich nicht überhitzen. Partner ist das japanische Unternemen Tonen Chemical, das bereits seit 1991 Trennmembranen für kleine LiIo-Batterien herstellt.

Im Dezember 2007 gibt es eine ganze Reihe von neuen Schritten in diesem Sektor.

Zum einen stellt das US-Unternehmen Valence Technology Inc. aus Austin, Texas, die 3. Generation seiner intelligenten, großformatigen ‚Epoch’ Lithium-Ionen-Batterien vor. Gleichzeitig gibt Toshiba bekannt, daß man ab dem März 2008 mit der bereits 2005 entwickelten Super Charge ion Battery (SCiB) auf den Markt kommen wird, die innerhalb von 5 Minuten zu 90 % geladen werden kann, eine Lebensdauer von 10 Jahren hat und auch nach 3.000 Ladezyklen nur maximal 10 % ihrer Leistung einbüßt. Die japanischen Unternehmen GS Yuasa Corporation, Mitsubishi Corp. und Mitsubishi Motors Corp. wiederum geben die Bildung eines Joint Venture unter dem Namen Lithium Energy Japan bekannt, unter dessen Dach sie Hochleistungs-Lithium-Ionen-Batterien herstellen werden. Als erste Umsetzung wird mit einer Investition von 3,3 Mio. $ in Kyoto eine automatische Produktionslinie errichtet, die ab 2009 eine Jahresproduktionskapazität von 200.000 Zellen haben wird.

Forscher der Stanford University melden die erfolgreiche Entwicklung von Silizium-Nanodrähten, die als Anoden-Material für Lithium-Ionen-Akkus das Erreichen von rund zehnmal so langen Batterielaufzeiten im Vergleich zu derzeitigen Modellen, bei denen zumeist Kohlenstoff zum Einsatz kommt, erlauben. Da sich Silizium bei der Lithium-Aufnahme dagegen um rund einen Faktor vier ausdehnt, und beim Entladen des Akkus wieder entsprechend schrumpft, gab es bisher ein Problem durch die schnelle Pulverisierung und den damit einhergehenden Kapazitätsverlust. Dieses Problem ist jetzt durch eine Verarbeitung des Siliziums in Form von Nanodrähten gelöst, die im Lade/Entlade-Zyklus stabil bleiben und rund zehn Mal mehr Lithium-Ionen im Vergleich zu herkömmlichen Anoden aus Graphit absorbieren. Mit Hilfe der Nanodraht-Elektroden läßt sich auch die Kapazität von Lithium-Batterien mindestens verdreifachen.

Die Nachteile der Stanford-Methode sind der Produktionsprozeß der Nanodrähte, der bei Temperaturen zwischen 600°C und 900°C erfolgt, wobei gasförmiges Silizium mit einem Katalysator aus verflüssigtem Gold zum Reagieren gebracht wird und direkt auf dem Spannungskollektor aus Stahl wächst. Es ist noch unklar, wie viel eine solche Anlage im industriellen Maßstab kosten würde. Außerdem bilden die Silizium-Nanodrähte zwar eine hervorragende Anode, doch es gibt noch keine Kathode, welche die entsprechend größere Ladung abgeben kann. Die Forscher arbeiten daher neben einer alternativen Lithium-Anode, die auf einem Kobaltoxid-Nanodraht basiert, auch noch an anderen, neuen Materialien für Kathoden.

Dr. Wolfgang Dreyer vom Weierstraß-Institut für Angewandte Analysis und Stochastik (WIAS) und Leiter der Forschungsgruppe ‚Thermodynamische Modellierung und Analyse von Phasenübergängen’ arbeitet zu diesem Zeitpunkt an mathematischen Modellen die dabei helfen sollen, Lithium-Ionen-Batterien leistungsfähiger zu machen. Der recht komplizierte Name des Projekts heißt ALISTORE (Advanced lithium energy storage systems based on the use of nano-powders and nano-composite electrodes/electrolytes). Mit einem guten Modell können nämlich zahlreiche teure Versuche eingespart und im Labor nur die besonders vielversprechenden Experimente tatsächlich durchgeführt werden.

Das bereits oben erwähnte (s. 1994) United States Advanced Battery Consortium (USABC) schließt im Januar 2008 mit dem Unternehmen Compact Power Inc. (CPI) in Troy, Michigan, einen 27-monatigen Vertrag im Wert von 12,9 Mio. $ zur Entwicklung einer Lithium-Ionen-Akku-Technologie für Elektromobile, bei der die Hochleistungs-Mangan-Spinell (LiMn2O4) Kathoden-Chemie von CPI eingesetzt wird. Die Vorteile dieser Technologie sind eine sicherere Chemie, hochtemperaturtaugliche Membranen und eine Laminathülle, die vor Explosionen der Zelle schützt. CPI arbeitet im Rahmen des Volt/E-Flex Entwicklungsprogrammes bereits mit General Motors zusammen.

Deutsche Forscher der Uni Siegen entwickeln Anfang 2008 in Kooperation mit Wissenschaftlern der Universität Münster eine neue Klasse anorganischer Ionenleiter, die eine dem Mineral Argyrodit analoge Struktur aufweisen. Der leitfähigste Vertreter dieser künstlichen Mineralien besteht aus Lithium-, Phosphor-, Schwefel- und Brom-Atomen, als Ausgangspunkt wird das bereits 1885 bei Freiberg entdeckte Silber-Germanium-Schwefel-Mineral Argyrodit genutzt, in dem die Silberionen recht beweglich sind. In der neu hergestellten Variante wird Silber durch Lithium, Germanium durch Phosphor und ein Teil der Schwefelatome durch Halogenide (Chlor, Brom, Iod) ersetzt.

Im März 2008 meldet die MercedesGruppe (so heißt der Daimler-Konzern inzwischen) den serienmäßigen Einsatz der Lithium-Ionen-Technik in der Luxus-Limousine S 400 Hybrid ab Sommer 2009. Geschützt wird die neue Technologie, an der das Unternehmen zusammen mit dem Autozulieferer Continental und dem französischen Produzenten für Batteriesysteme Johnson Controls-Saft seit 1992 forscht, mit inzwischen 25 Patenten. Bei der S-Klasse mit einem kombinierten Verbrennungs- und Elektroantrieb handelt sich um einen sogenannten Mild-Hybrid, bei dem der Elektromotor den Ottomotor lediglich unterstützt.

Im Gegensatz dazu wollen Audi (Q7 Kleinserie, Ende 2008) und Porsche (SUV Cayenne, Ende 2009) ihre Modelle als Full-Hybrid mit ca. 70 kg schweren Nickel-Metallhydrid-Batterien (s.u.) anbieten. Ein Full-Hybrid kann bei geringen Geschwindigkeiten oder beim Anfahren allein durch den Elektromotor angetrieben werden.

Forscher des chinesischen Shenyang National Laboratory für Materialwissenschaften geben im April 2008 bekannt, daß es ihnen gelungen ist die Lebensdauer von Lithium-Ionen-Batterien erheblich zu verlängern, indem sie für die Anoden auf Silizium-Partikeln Nano-Röhrchen aus Kohlenstoff wachsen lassen, das sie unter hoher Temperatur und im Vakuum aus Zucker gewinnen. Fast zeitgleich meldet das Argonne National Laboratory im US-Bundesstaat Illinois die Entwicklung neuartiger Verbundstoffe, mit denen Li-Io-Akkus sicherer und langlebiger gemacht werden können – bei einer gleichzeitigen Kapazitätsteigerung um bis zu 30 %. Die Argonne-Forscher verbessern die chemische und strukturelle Stabilität des Materials, in dem sie einen Teil des üblicherweise genutzten Kobaltoxids durch das chemisch stabilere Manganoxid ersetzten. Das neue Elektrodenmaterial kann 45 % – 50 % mehr Energie speichern, was einer Verbesserung der Gesamtenergiekapazität um 20 % – 30 % entspricht. Eine Variante des Materials kann 1.500 Mal aufgeladen und entladen werden, ohne daß große Kapazitätsverluste eintreten. Die Kommerzialisierung der Technologie ließ sich der japanische Spezialhersteller Toda Kogyo lizenzieren, der eine Produktionskapazität für das Grundmaterial von 30 Millionen Laptop-Batterien pro Jahr besitzt.

Im Mai 2008 stellt Nissan auf der CeMAT 2008 in Hannover einen neuen Gabelstapler vor, der von Li-Io-Batterien angetrieben wird, wie sie auch für Nissans Denki Cube Electric Vehicle vorgesehen sind. Die Baterien sind gemeinsam im Rahmen des Joint Ventures  Automotive Energy Supply Corporation (AESC) zwischen Nissan and NEC entwickelt worden und waren auch Bestandteil des Nissan PIVO 2 Konzeptfahrzeugs. Der Gabelstapler soll nach Abschluß der Entwicklungsarbeiten 2009 auf den Markt kommen.

Das US-Unternehmen Superlattice Power Inc. aus Mooresville, North Carolina, gibt im Juni 2008 die Entwicklung eines neuen Kathodenmaterials für Li-Io-Batterien bekannt, das aus Magnesium, Kobalt, Nickel und Titan besteht und zukünftig in Lithium-Polymer-Batterien eingesetzt werden soll. Das Material wird bereits in industriellem Maßstab gefertigt. Die Reichweite der enstprechend ausgestatteten Elektofahrzeuge wird sich dadurch von derzeit 200 km auf über 300 km steigern lassen.

Im gleichen Monat verkündet auch das taiwanesisch-amerikanische Unternehmen E-One Moli Energy Corp. (Molicel) die Entwicklung eines neuen Lithium-Ionen-Akkus, bei dem als Kathodenmaterial anstatt Mangan z.B. die Materialkombination LiFePO₄ zum Einsatz kommt, die sich auch nach 1.200 Ladezyklen noch über 80 % ihrer Kapazität erhält. Außerdem sei die neue Technologie sicherer, langlebiger und auch günstiger herstellbar. Auf seiner Seite bietet die Firma insgesamt vier verschiedene Kathodenmaterialien an:

Lithium cobalt dioxide, LiCoO₂ (energy cell). 3.7 V

Lithium manganese oxide, LiMn₂O₄ spinel (power cell). 3.8V

NMC, composed of LiNi, Mn, Co, and O₂ (high-rate cell). 3.8V

Lithium iron phosphate, LiFePO₄ (high-rate cell). 3.2V

Ein weiteres US-Unternehmen, das zu dieser Zeit mit einer Li-Io-Technologie auf den Markt drängt, ist die in Lafayette, Colorado, beheimatete Porous Power Technologies LLC.

Toshiba stellt im März 2005 superschnell nachladbare Lithium-Ionen Batterien vor, die in nur einer Minute bereits zu 80 % geladen sind. Hier ist die negative Elektrode mit neuentwickelten Nano-Partikeln belegt, die große Mengen an Lithium-Ionen aufnehmen und speichern können, ohne daß es an der Elektrode zu einer Wirkungsreduktion kommt. Der Prototyp dieser laminierten Lithium-Ionen Batterie ist 3,8 mm dick, 62 mm lang und 35 mm breit, und hat eine Kapazität von 600 mAh. Nach 1.000 Zyklen trat ein Verlust von nur 1 % auf, und selbst bei Temperaturen von minus 40°C bietet der Akku noch 80 % seiner Leistung. Er soll bereits 2006 auf den Markt kommen. Andere Batterien mit NanoTechnologie behandle ich weiter unten.

Altair Nanotechnologies aus Reno, Nevada, will bis Ende 2006 eine neuentwickelte Lithium-Ionen-Batterietechnik in einen Elektrofahrzeug-Prototyp stecken, den man zusammen mit der kanadischen Firma Boshart Engineering plant. Die neuen Batterien verwenden eine stabile Struktur, bei der sich die Elektroden nicht ständig ausdehnen und zusammenziehen, wenn sich die spannungserzeugenden Ionen hinein- und hinausbewegen, was derzeit zum mehr oder minder frühem Ableben der konventionellen LiIon-Akkus führt. Außerdem wird mit Hilfe von Nanopartikeln an den Elektroden deren Fläche vergrößert, was den Ionen-Fluß beschleunigt. Hierdurch ergeben sich höhere Energiespitzenwerte und schnellere Ladeprozesse. Weitere neue Materialien verlängern die Lebensdauer und reduzieren die Kosten. Bis die Standards der Autohersteller erreicht sind, die unter anderem fordern, daß die Batterien mindestens zehn Jahre halten, wird es allerdings noch dauern.

Batterien sind auch deshalb so groß und so schwer, weil sie zur Hälfte aus Unterstützermaterialien bestehen, die gar nichts mit der Energiespeicherung zu tun haben. Forscher am MIT entwickeln 2006 daher genetisch veränderte Viren, die aktive Batteriekomponenten mit kompakter Struktur bilden können. Das Ziel sind ultradünne, transparente Batterieelektroden, mit denen sich dreimal mehr Energie speichern läßt als in heutigen Lithium-Ionen-Batterien. Es ist ein erster Schritt zu einem Energiespeicher mit hoher Kapazität, der sich quasi auch selbst zusammenbauen könnte. Möglich wären damit etwa Hochleistungsbatterien, die sich nahezu unsichtbar an Flachbildschirmen, Handys, Laptops oder Hörgeräten anbringen ließen. Die am MIT erstellten Viren könnten in Zukunft zudem zu effizienteren Katalysatoren und verbesserten Solarzellen führen.

Zum Einsatz kommen dabei so genannte M13-Viren, welche die positiven Elektroden einer LiIon-Batterie ausbilden können. Diese M13-Viren bestehen aus Proteinen, von denen sich die meisten so aufwickeln, daß sie einen langen, dünnen Zylinder bilden. Die Forscher ergänzten zusätzliche Nukleotid-Sequenzen zur Viren-DNA, mit denen die Proteine zur Bildung zusätzlicher Aminosäuren angeregt werden, die sich an Kobalt-Ionen binden können. Die Viren überziehen sich in einer Lösung automatisch mit diesen Kobalt-Ionen, was nach einer Reaktion mit Wasser zu Kobaltoxid führt. Dieses Kobaltoxid eignet sich wesentlich besser als Hochleistungsbatteriematerial, als die derzeit in LiIon-Batterien verwendeten kohlenstoffbasierten Materialien.

Die Viren-Elektroden zeigten bereits in dieser ersten Stufe eine zweimal so große Kapazität wie herkömmliche kohlenstoffbasierte Elektroden. Um diese Energieausbeute noch weiter zu steigern wird die Kobalt-Reaktion zwar beibehalten, zusätzlich aber ein weiterer DNS-Strang eingeführt, der Viren-Proteine herstellt, die sich an Gold binden. Daraus ergeben sich dann Nanodrähte, die sowohl aus Kobaltoxid als auch aus Goldpartikeln bestehen, was die Elektroden zu einer nochmals 30 % höheren Energieausbeute anregt.

Im März 2008 gibt das MIT bekannt, daß man nun eine Virus-basierte transparente Batterie entwickelt habe, die aus ‚smartem’ NanoMaterial hergestellt ist, in einer Kombination aus organischen und anorganischen Komponenten. Die Geschichte, wie die maßgebliche Forscherin Angela Belcher zu ihrer Entdeckung gekommen ist, lohnt eine kleine selbständige Recherche, die ich an dieser Stelle sehr empfehlen möchte.

Das US-Unternehmen Altair Nanotechnologies Inc. (Altairnano) aus Reno, Nevada, stellt schon im August 2007 unter dem Namen NanoSafe eine neue Lithium/Titanat-Batterie vor, die sich durch eine dreifache Kapazität, eine sehr kurze Aufladezeit, eine längere Lebensdauer und auch durch ihre kostengünstigere Herstellung auszeichnet. Im Juni hat man bereits einen Kooperationsvertrag mit der internationalen Energiefirma AES Corporation unterzeichnet.

Die Nano-Titanat Batterien von Altairnano sollen sich in nur 15 Minuten aufladen lassen, was Elektromobilen anschließend eine Reichweite von über 200 km erlaubt. Sofern die Aufladung nachts erfolgt, schlagen die Energiekosten dafür mit nur 3 $ zu Buche.

Im Januar 2008 gibt das Unternehmen bekannt, daß man ein 2 MW Speichersystem ausgeliefert habe, das für einen Preis von 1 Mio. $ von AES bestellt worden war. Der Energiezwischenspeicher soll im ersten Qzartal 2008 an das Netz angeschlossen werden, um es einem Praxistest zu unterziehen.

Bei der 1992 gegründeten Electro Energy Inc. aus Danbury in Connecticut fungiert das CIA-Unternehmen In-Q-Tel als Investor. Die Electro Energy Inc. stellt neben bipolaren Lithium-Ionen-Akkumulatoren für hohe Leistungen auch bipolare Nickel-Metallhydrid-Akkumulatoren her – sowie ‚Super’-Nickel-Cadmium-Akkumulatoren, primär für Satellitensysteme, B-52- und B-1-Bomber sowie Cobra-Hubschrauber. Nun unterzeichnen In-Q-Tel und die SkyBuilt Power Inc. aus Arlington im US-Bundesstaat Virginia ein Übereinkommen für eine strategische Partnerschaft. SkyBuilt baut vorrangig für militärische Aufgaben Elektroenergie erzeugende Einheiten, die hauptsächlich mit Wind- und Solarenergie  gespeist werden können und mit einem Akkumulatoren-Backup-System ausgerüstet sind. Die auf Containern basierende Mobile Power Station (MPS) soll bis zu 150 kW bereitstellen, je nach Konfiguration Gleichstrom oder Wechselstrom, bei 12 – 240 V. Ein Diesel- oder Erdgasbetrieb, die Nutzung von Brennstoffzellen bzw. von Wasserkraft über Micro Hydro-Einheiten ist ebenfalls möglich. Ähnliche Systeme werden später auch für den zivilen Bereich entwickelt.

Mitte 2007 meldet die Presse, daß es nun auch Nickel-Metallhydrid-Akkus (NiMH) mit reduzierter Selbstentladung gibt. Bei den AA-Zellen lässt sich dadurch zwar nicht mehr die maximale Kapazität von 2.700 mAh erreichen, sondern nur noch 2.100 mAh, die Zellen sind jedoch verlässlicher und flexibler einsetzbar. Außerdem garantiert Hersteller Sanyo für seine Eneloop-Zellen auch nach zwölf Monaten Gebrauch eine Kapazitätvon etwa 85 %.

Schon sehr weit verbreitet sind die Nickel-Cadmium-Batterien, die aufgrund langjähriger Erfahrungen in der Industrie und beim Schienenverkehr in Schweden bis zur Marktreife entwickelt worden sind und inzwischen von vielen Herstellern produziert werden (Varta, Sonnenschein, SAB Nife, Oerlikon u.a.). Sie haben Energiedichten zwischen 40 und 55 Wh/kg und werden insbesondere für die Herstellung unterbrechungsfreier Stromversorgungsanlagen (USV) eingesetzt.

Es werden auch Schwefel/Lithium-Batterien entwickelt, die bei Betriebstemperaturen zwischen 375°C und 475°C arbeiten, die aufgrund der geforderten Hochtemperatur- und Korrosionsbeständigkeit aber entsprechend kostspielig sind.

Alkali/Mangan-Batterien wiederum sind deshalb besonders umstritten, weil durch sie jährlich noch immer mehrere Tonnen Quecksilber in Umlauf geraten.

Im Januar 2008 gibt die japanische Firma Panasonic bekannt, daß man eine neue Alkali-Mangan-Batterie hergestellt habe, die aufgrund ihrer ‚weltweit längsten Lebensdauer’ von bis zu 10 Jahren auch schon Eingang in das Guinness Buch der Rekorde gefunden hat. Die Evolta-Batterien sollen bereits ab April dieses Jahres ausgeliefert werden. Erreicht wurde dieser Rekord durch eine neue Zylinderstruktur und eine neue Kathodenmischung aus Mangan-Dioxid und Oxi-Hydroxide Titanium.

Bereits im August 2007 hatte das Unternehmen ein Demonstrationsfahrzeug vorgeführt, das mit 192 Stück der neuen Oxyride-Batterien der Größe AA (wie sie auch in Kameras, Radios u.ä. eingesetzt wird) ausgestattet ist. Das ‚oxyride 1’ Testfahrzeug erreicht dabei eine Maximalgeschwindigkeit von 122 km/h.

Die Firma Ever Ready Ltd. arbeitet an der Weiterentwicklung einer Zink/Kohle-Batterie, welche klein, und während Fahrpausen auch regenerationsfähig ist. Ihre Leistung ist um 32,2 % besser als die der normalen Akkumulatoren, womit eine derartige Batterie etwa so stark ist wie eine immerhin doppelt so teure Alkali/Mangan-Batterie. Von der Firma Mazda stammt die quecksilberfreie ‚Green Power’– Batterie auf Zink/Kohle-Basis, bei der ein organischer, flourierter Inhibitor verwendet wird. Der Zinkbecher dieser Batterie besteht aus der bei Trockenelementen üblichen Blei-Kadmium-Zink-Legierung mit einem Kadmiumgehalt von 0,06 % und einem Bleigehalt von 0,2 – 0,3 %.

Neben den nur bei 0°C funktionierenden Zink/Chlor-Batterien sind ferner die Zink/Halogen- und die Zink/Brom-Batterien zu erwähnen, welche sowohl von Exxon, als auch von der Österreichischen Studiengesellschaft für Energiespeicher und Antriebssysteme (SEA) entwickelt werden, und die bei einer dreifachen Leistung nur ein Drittel der herkömmlichen Bleiakkumulatoren kosten. Ein Pkw hat damit bis zu 300 km Reichweite bei einer Geschwindigkeit zwischen 80 km/h und 110 km/h – außerdem sind bei diesen Batterien bis zu 1.500 Ladezyklen möglich. Die Zink-Brom-Variante arbeitet sogar bei normaler Umgebungstemperatur, ihre Elektroden sind aus elektrisch leitfähiger Polymerfolie gefertigt, die im Leistungs- und Gewichtsvergleich dreimal besser abschneidet als eine übliche Bleibatterie. Für die Entwicklung dieser Batterien wendet die SEA bis 1982 knapp 6 Mio. DM auf.

Anfang 1980 stellt die Firma Gulf & Western Industries in New York ein neues Zink/Chlorid-Batteriesystem vor, das in einen VW-Golf und einen japanischen Kleintransporter eingebaut wird. Der Personenwagen mit vier Insassen soll pro Batterieladung eine Reichweite von 300 km bei einer Geschwindigkeit von 90 km/h besitzen. Die Batterien müssen mindestens alle 6 Stunden wieder aufgeladen werden. Die Versuche ergeben einen weitgehend störungsfreien Betrieb über 300.000 km! Die grundlegende Problematik besteht bei dieser Batterieform in der Aggressivität des Chlorgases und seiner heftigen Reaktion mit Zink. Das Problem wird durch neue Ventile, Pumpen, Kühlelemente und einen elektronischen Regler gelöst. Eine starke Startbeschleunigung kann allerdings nicht erreicht werden.

Eine möglicherweise grundlegende Neuorientierung bei der Idee, elektrischen Strom in Batterien zu speichern, entstammt dem kalifornischen Forschungsinstitut SRI International and Lawrence Berkeley Laboratories, wo 1995 ein mit 4 Mio. $ finanziertes Programm bekannt gegeben wird: Dabei soll statt dem Aufladen oder Austauschen von entladenen Akkumulatoren die verbrauchte Flüssigkeit von Zink/Sauerstoff-Batterien gegen frische (d.h. geladene) Elektrolyt-Substanz ausgetauscht werden! Das ‚Strom-Tanken’ würde dann nicht länger dauern als das bisherige Benzin-Zapfen – und nur etwa 10 % teurer sein. Ich hatte mich selbst schon seit Jahren gefragt, warum man nicht in dieser Richtung forschen würde – doch bis auf diese einzelne Meldung konnte ich auch bis heute, Ende 2006, diesbezüglich keine weiteren Neuigkeiten finden.

1993 beginnt die Firma ChemTEK auf Initiative des Badenwerks und der Stadtwerke Karlsruhe mit der Entwicklung einer neuartigen Zink/Luft-Batterie. Deren Prinzip war schon Thomas Edison bekannt, der bereits damals damit experimentiert hatte. 1997 wird das Ergebnis in Karlsruhe vorgestellt: Die sog. ZOXY-Batterie (Abkürzung für Zink-Oxygen) ist bei gleichem Energiegehalt um 80 % leichter als herkömmliche Bleiakkus, sie hat eine Energiedichte von 150 Wh/kg.

Ein Kleinbus-Testfahrzeug erreicht in den USA einen Reichweiterekord von 760 km – und dies bei Außentemperaturen unter dem Gefrierpunkt. Die Entwicklungskosten von 2,1 Mio. DM übernimmt zum größten Teil die Energiestiftung Baden-Württemberg. Die mit Kali-Lauge gefüllten ZOXY-Zellen sind so leicht, weil neben einer Zink-Annode Luftsauerstoff als Kathode benutzt wird. Problematisch wirkt sich bisher der Ladevorgang aus, bei dem sich auf der Zinkelektrode feine Zinknadeln bilden, die über kurz oder lang zu Kurzschlüssen führen. Die Batterie läßt sich bislang nur 10 mal elektrisch aufladen, bevor die Zinkelektroden regeneriert werden müssen.

Parallel zur ChemTEK arbeiten auch die Firmen Zenith Data Systems und AER Energy Ressources an kleinen  Zink/Luft-Batterien, die Laptops mit bis zu 20 Stunden Strom versorgen sollen. Als Preis werden 300 DM bis 400 DM genannt.

Die israelische Firma Electric Fuel Limited verzichtet aus den o.g. Gründen auf die elektrische Aufladung ihrer Zink/Luft-Batterien, die immerhin eine Energiedichte von 200 Wh/kg erreichen, statt dessen werden die oxidierten Zinkelektroden durch ein aufwendiges mechanisch-chemisches Verfahren regeneriert, um die Batterie wieder einsatzbereit zu machen. Allerdings taugt das System nur für Fuhrparks mit Werkstattanschluß, weil die Batterien nach Gebrauch komplett gewechselt werden müssen. Bei dieser Batterie oxidiert Zink in Kalilauge unter Einfluß von Sauerstoff zu Zinkoxid. Die dabei freigesetzte Energie wird in Strom umgewandelt.

Die Praktikabilität dieser Batterien wird ab Ende 1995 in einem Flottenversuch mit 64 Elektro-Fahrzeugen der Deutschen Post in Bremen erprobt. Das Zinkoxid aus den Batterien wird in einer von den Stadtwerken Bremen betriebenen Regenerationsanlage unter Einsatz von Energie elektrolytisch wieder zu Zink und kann erneut für Batterien verwendet werden. 1999 präsentiert auf der Hannover Messe auch das Schweizer Paul-Scherer-Institut eine ähnliche Zink/Luft-Batterie.

Die QuantumSphere Inc. (QSI) aus Santa Ana, Kalifornien, ein führender Hersteller von Nano-Metallen und Legierungen für portable Energielösungen, kündigt im Oktober 2006 die Einreichung von zwei Patenten zur Materialzusammensetzung einer papierdünnen Elektrode an, welche die Effizienz der Kathoden von Zink/Luft-Batterien um 320 % steigert. Im Allgemeinen besitzen diese Batterien die 3 – 6fache Kapazitiät gleichgroßer Alkali-Zellen. Sie nutzen für ihre Kathode Luftsauerstoff, während die Annode aus Zink und einem alkalischen Elektrolyt besteht. Die Energiekapazität hängt dabei nur von der Menge des Zinks in der Anode ab. Bislang sind Zink/Luft-Batterien als Hörgeräte-Batterien verbreitet.

Als spin-off der norwegischen SINTEF, einem der größten industriellen Forschungs-Institute in Europa, wird 2004 die ReVolt Technology AS gegründet, die 2006 ihren Haupsitz nach Stäfa in der Schweiz verlegt. Auch dieses Unternehmen beschäftigt sich in erster Linie mit wiederaufladbaren Zink/Luft-Batterien.

Eine mobile Stromquelle für Notfallsituationen kommt Mitte 2008 auf den Markt: Die Juicebar-Batterie des britischen Unternehmens Juicebar Energy aus Lincolnshire für umgerechnet 5 €, die herstellerseitig auf 5 Jahre garantiert nichts von ihrer ursprünglichen Ladung verliert, ist eine sehr praktische Einweglösung. Mit dem Ladeblock kann man ein Handy für 60 Minuten Telefonate oder 480 Minuten Handy-Standby aufladen. Danach kann man die Batterie einfach entsorgen, denn sie nutzt eine Zink/Mangan-Dioxid Chemie mit einem wässrigen Elektrolyten ohne Zusatz von Quecksilber, Cadmium, Blei, sechswertigem Chrom oder organischen Lösungsmitteln.

Aufgrund der seit 2003 wiederholt aufgetretenen Massen-Probleme mit explodierenden oder in Flammen aufgehenden LiIo-Akkus, die Anlaß für aufwendige und teure Rückrufaktionen sind, entwickelt die Firma Zinc Matrix Power mit ihrer Silber/Zink Batterietechnologie eine sehr viel sicherere Lösung, die auf wässrigen Lösungen beruht und kein Lithium oder brennbare Flüssigkeiten enthält. Die neuen Batterien werden im Oktober 2006 präsentiert.

Verglichen mit zylindrischen Lithium-Ionen-Zellen speichern Silber/Zink-Batterien etwa 25 % mehr Energie. U-Boote der US-Marine werden schon seit Jahren mit Silber-Zink-Akkus ausgestattet, da hier die hohen Kosten aufgrund der Verwendung von Silber und der kurzen Lebensdauer nicht so ins Gewicht fallen. Für den kommerziellen Markt plant das Unternehmen demgegenüber die Kosten mit einem Recycling-Programm zu senken, das die Wiederverwendung des Silbers und Zinks erlaubt. Dem Problem der niedrigen Zyklen-Zahl begegnet Zinc Matrix Power durch die Einbettung des Zink-Granulats in einem leitfähigen Polymer, was auch die Sicherheit der Batterien erhöht.

Nickel/Eisen-Batterien bietet 2007 dagegen die BeUtilityFree Inc. in Fort Lupton, Colorado, an – mit den Argumenten, daß diese von Thomas Edison in den frühen 1900er Jahren erfundenen umweltfreundlichen Akkus bereits seit über 100 Jahren genutzt werden, und daß Anwender bestätigen, daß die Batteriekapazität auch nach 60 Jahren im Dienst noch immer 100 % beträgt – was in der Geschichte der Batterietechnologie wohl absolut einmalig ist! Die Akkus besitzen eine Einsen-Annode, eine Nickeloxid-Kathode, nutzen Kaliumhydroxid als Elektrolyt und benötigen neben der regelmäßigen Zugabe von Wasser nur alle 15 Jahre etwas zusätzliches Kaliumchlorid.

Ab dem Frühjahr 2008 bietet die imJahr 2000 gegründete Firma PowerGenix aus San Diego, Kalifornien Nickel/Zink-Batterien (NiZn) an. Diese beinhalten keinerlei Blei, Cadmium oder Quecksilber und entsprechen damit der 2006 herausgegebenen EU- Richtlinie zur Verringerung der Verwendung bestimmter gefährlicher Stoffe. Im Vergleich zu den derzeit genutzten anderen Nickel Metalhydrid (NiMH) Technologien zeichnen sich die NiZn-Akkus durch rund 30 % höhere Leistung aus, sind leichter, kleiner und auch kostengünstiger in der Herstellung. Im Mai 2008 stellt das Unternehmen sein neues, umweltfreundliches Batterie-Pack für Elektrofahrzeuge vor.

An dieser Stelle ist auch ein Hinweis auf die Nickel/Zink-Batterie von James J. Drumm passend, die dieser unter dem Namen 'Drumm Traction Battery' bereits ab 1932 zum Berieb von Elektrozügen in Irland eingesetzt hat (s.d.).

Ein weiteres Unternehmen, das die Entwicklung und Vermarktung einer Nickel/Zink-Batterie betreibt, ist die 2003 gegründete und in Hawthorne, New York, beheimatete Xellerion Inc. Die Firma gibt 2008 bekannt, daß man nun auch das Problem der Bildung von Dendriten in der Batterie gelöst habe. Xellerion ist eine Tochter der taiwanesischen Firma eVionyx.

Eine große Chance auf Umsetzung und Anwendung im Straßenverkehr wird auch Natrium/Nickelchlorid-Batterien eingeräumt, die bei einer Betriebstemperatur von 300°C eine Energiedichte von 100 Wh/kg besitzen und 600 Ladezyklen erlauben – was bei einer Reichweite von 150 km pro Ladung einer Fahrtstrecke von 90.000 km entspricht. Ziel sind allerdings 1.000 Ladezyklen und eine Lebensdauer von 5 Jahren. 1994 beginnt bei der AEG in Berlin die Pilotfertigung der ‚ZEBRA’ Batterie, die ab 1993 von der AEG Anglo Batteries entwickelt wird, einem Gemeinschaftsunternehmen der AEG Daimler-Benz Industrie und der südkalifornischen Anglo American Corporation, die wiederum seit 1988 an diesem Projekt arbeitet. Man stellt 180.000 Einzelzellen her, aus denen 450 Batterien zusammengestellt werden, die unter anderem auch auf Rügen erprobt werden (s.u.). ZEBRA-Batterien werden 1997 auch bei einem Europa-Test mit deutschen und französischen Fahrzeugen eingesetzt.

Varta-Forschen entwickeln 1994 die kleinste Nickel/Hydrid-Knopfzelle der Welt, sie hat einen Durchmesser von einem Zentimeter und ist völlig Cadmiumfrei. Die Entwicklung erhält den Innovationspreis der Deutschen Wirtschaft. An größeren Nickel/Hydrid-Batterien arbeiten die Unternehmen GM Ovonics, eine Tochter des Autokonzerns, sowie Varta und der französische Batteriehersteller Saft.

Doch damit nicht genug. Es gibt noch eine ganze Reihe weiterer Batterie-Technologien, die als nächstes dargestellt werden.

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