FZ Jülich: Neuer Silizium-Akku verfünffacht Reichweite

Leichter, kleiner, umweltfreundlicher, unempfindlicher und obendrein mit deutlich mehr Reichweite, das verspricht das FZ Jülich. Nämlich mit einer neuen Silizium-Luft-Batterie, die gerade eine neuen Weltrekord aufstellte - im Test.

Derzeit sind Elektroautos in der Regel mit einem Lithium-Ionen-Akku ausgestattet. Das Problem ist - mit Ausnahme der Tesla-Stromer - bei allen gleich: wenig Reichweite bei hohen Kosten. Nissan schafft mit seinem neuen 30-kWh-Akku 250 Kilometer, BMW mit seinem ebenfalls neuen 33-kWh-Batterie 300 Kilometer. Der Haken: Diese Werte gelten in der Theorie und nur unter absolut optimalen Bedingungen. In der Realität liegt die Reichweite daher meist deutlich unter den NEFZ-Werten.

Eine neue Silizium-Luft-Batterie könnte jedoch die Lösung sein und soll laut ingenieur.de die Reichweite von Elektroautos glatt verfünffachen. Bei oben genannten Beispielen wären somit (theoretische) Werte von über 1.000 Kilometer möglich. Der Durchbruch? Möglich, doch die Mannen des Forschungszentrums Jülich (FZJ) sprechen noch von einigen „Schönheitsfehlern“. Trotzdem zeigt der Silizium-Luft-Akku interessante Vorteile, die das Elektroauto geradezu revolutionieren würden.

Silizium-Batterie: Leichter, kleiner, umweltfreundlicher

1. Silizium-Luft-Batterien weisen eine weitaus höhere Energiedichte auf - in der Theorie.
2. Silizium-Luft-Batterien sind kleiner und
3. leichter als aktuelle Lithium-Ionen-Akkus.
4. Silizium-Luft-Batterien sind umweltfreundlicher und obendrein
5. unempfindlicher gegenüber äußeren Einflüssen.
6. Silizium gilt nach Sauerstoff als zweithäufigstes Element der Erde,
7. ist daher billig und fast unbegrenzt verfügbar.

Die Vorteile des Silizium-Luft-Akkus liegen also auf der Hand. Das Aber folgt auf dem Fuß: Bisher erreichten die Akkus nur relativ kurze Laufzeiten. Bisher. Denn die Jülicher Forscher machten eine interessante Entdeckung. Durch den Einsatz eines speziellen Elektrolyts (= ionische Flüssigkeit, die Strom leitet) konnte das Forschungszentrum Jülich die Lebensdauer der Batterie auf mehrere hundert Stunden steigern. Dummerweise widerspricht die Idee dem Grundgedanken einer preiswerten Alternative zu Lithium-Ionen-Akkus. Billig sind die notwendigen Elektrolyte nämlich nicht.

Doch auch hier besserten die Jülicher Forscher nach. Als Ursache der kurzen Laufzeit vermuteten diese den Verbrauch des Elektrolyten. Im Rahmen eines Förderprojekts (AlSiBat) entwickelte man in Jülich ein Pumpensystem, das die nötige Elektrolytflüssigkeit – in Wasser gelöstes Kaliumhydroxid – von Zeit zu Zeit einfach nachgefüllt.

Weltrekord: Silizium-Batterie läuft über 1.100 Stunden

Hermann Tempel, Bereich Grundlagen der Elektrochemie:
„Bleibt die Siliziumanode in Kontakt mit dem Elektrolyten, läuft die Batterie. Bis das Silizium komplett aufgebraucht ist. Danach kann die Batterie durch das Auswechseln der Anode – sozusagen mechanisch – wieder aufgeladen werden.“

Konkrete Zahlen liefern die Jülicher ebenfalls. Mit dem neuen Pumpensystem erreichte man eine Laufzeit von über 1100 Stunden, das sind knapp 46 Tage. Weltrekord. Aber eben nur im Test. Nun wollen die Jülicher Forscher einen Weg suchen, die Batterie ohne das Nachfüllen von Elektrolyt am Leben zu halten. Denn irgendwann ist das Elektrolyt schon allein durch die Selbstentladung verbraucht. Möglicherweise helfen Additive (Hilfsstoffe oder Zusatzstoffe) im Elektrolyt.

Tempel:
„Wir müssen die Selbstentladung der Batterie unterdrücken. Die Batterie ist immer noch nicht perfekt, aber jetzt wissen wir, woran wir arbeiten müssen.“

Sollten dem FZ Jülich tatsächlich der Erfolg gelingen, würde ein solcher Akku dem Elektroauto sicherlich zum Durchbruch verhelfen. Zumal nicht nur die Reichweite (deutlich) steigen würde, sondern ebenso die Kosten regelrecht in den Keller fallen müssten. Denn zum einen speichern Silizium-Akkus gegenüber Li-Ionen-Akkus fünf Mal so viel Energie. Zum anderen sind sämtliche Inhaltsstoffe - Silizium, Kohlenstoff, Nickel, Polytetrafluorethylen (Teflon), Kaliumhydroxid und Wasser - im Überfluss vorhanden und daher durch die Bank extrem kostengünstig. Nur die Laufzeit ist noch das Problem.

Bild: Forschungszentrum Jülich