Eisen-Luft-Batterien versprechen laut Wissenschaftlern des Forschungszentrums Jülich eine „deutlich höhere“ Energiedichte als aktuelle Lithium-Ionen-Akkus. Ein weiterer Vorteil: Ihr Hauptbestandteil Eisen ist ein häufig vorkommendes und somit günstiges Material.
Eisen-Luft-Batterien beziehen Energie aus der Reaktion von Eisen mit Sauerstoff. Das Eisen oxidiert dabei ähnlich wie beim Rosten. Der dafür benötigte Sauerstoff kann aus der Umgebungsluft bezogen werden und muss nicht in der Batterie vorgehalten werden. Diese Materialersparnis ist der Grund, warum Metall-Luft-Batterien hohe Energiedichten erzielen können.
Für Eisen-Luft-Batterien wird eine theoretische Energiedichte von über 1.200 Wh/kg vorhergesagt. Zum Vergleich: Aktuelle Lithium-Ionen-Akkus kommen auf etwa 600 Wh/kg bzw. 350 Wh/kg, wenn man das Gewicht des Zellgehäuses mitberücksichtigt. Lithium-Luft-Batterien, die technisch schwieriger und aufwendiger zu realisieren sind, können bis zu 11.400 Wh/kg erreichen.
In Bezug auf die volumetrische Energiedichte schneiden Eisen-Luft-Akkus dem FZ Jülich nach sogar noch besser ab: Mit 9.700 Wh/l ist diese fast fünfmal höher als die heutiger Lithium-Ionen-Akkus (2.000 Wh/l). Selbst Lithium-Luft-Batterien erreichen hier „nur“ 6.000 Wh/l. Eisen-Luft-Batterien sind den Wissenschaftlern zufolge daher insbesondere für vielfältige mobile Anwendungen interessant, bei denen der Platzbedarf eine große Rolle spielt – beispielsweise bei Elektroautos.
„Wir konzentrieren uns mit unserer Forschung ganz bewusst auf Batterietypen aus Materialien, die sehr häufig in der Erdkruste vorkommen und in großer Menge gefördert werden“, so Institutsleiter Prof. Rüdiger-A. Eichel. „Versorgungsengpässe sind so nicht zu erwarten. Damit verbunden ist zudem ein Kostenvorteil, der sich direkt auf die Batterie übertragen lässt – insbesondere für großskalige Anwendungen, etwa für stationäre Anwendungen zur Stabilisierung des Stromnetzes oder die Elektromobilität.“
Die Erkenntnisse der Jülicher Forscher sollen eine neue Basis schaffen, um die Eigenschaften von Eisen-Luft-Batterien gezielt zu verbessern. Bis zur Marktreife ist es aber noch ein weiter Weg: Elektroden aus Eisen lassen sich isoliert in Laborversuchen zwar schon ohne größere Leistungsverluste über mehrere Tausend Zyklen hinweg betreiben. Vollständige Eisen-Luft-Batterien, die als Gegenpol mit einer Luft-Elektrode ausgestattet sind, halten bis jetzt aber nur 20 bis 30 Zyklen lang durch.
Dr.-Ing. Klaus D. Beccu meint
Fortschritt ist in begrenztem Umfang immer möglich, aber was einige Kommentatoren hier „faseln“, zeugt, dass sie sich über die Grenzlen elektrochemischer Energiespeicherung noch nicht sehr klug gemacht haben. Zumeist gehen die gewünschten Erhöhungen an Energiedichte leider mit einem Verlust an Zyklenfestigkeit einher. Beispiel: Li-S und etliche andere – zwar seit etwa 8 Jahren kleine Fortschritte pro Jahr, aber weit entfernt von den reellen Anforderungen.
Priusfahrer meint
Freut mich von so fachkundiger Seite Kommentare zu lesen.
Bitte um einen Spezial-Kommentar über die Umrisse der letzten
Forschungsergebnisse in Bezug auf Akku-Entwicklung.
Danke
Günther Huck meint
Warum vergleicht ihr immer nur die Gestehungskosten der (Elektro)autos miteinander?
Autos werden heute doch schon zu einem großen Teil geleast und dieser Trend setzt sich ja auch immer stärker durch. Bald werden auch jenen die nicht Rechnen können (und immer die laufenden Kosten vergessen) auch nur mehr die gesamten monatlichen Kosten bei einer bestimmten Behaltedauer und Jahresfahrleistung interessieren.
Der österreichische Automobilklub ÖAMTC gibt diese Werte bereits bei jedem Neuwagentest an. Dabei verursachen (im aktuellen Heft) Fahrzeuge wie z.b. der BMW 530d / 1.093,– Euro, der Opel Insigina / 737,– Euro und der Hyundai I30 / 572,– Euro Kosten je Monat (bei 13.000km / Jahr und Verkauf nach fünf Jahren).
Und die Autohersteller wissen genau, dass die Käufer 2017 diese Beträge für ein Verbrennerauto ausgeben, warum sollen sie dann in Zukunft Elektroautos günstiger verkaufen? Nein, die Autos werden da lieber mit billiger Elektronik vollgestopft und mit allen Mitteln ein „Selbstfahren“ untrennbar mit dem Umstieg auf Elektroantrieben und elektrischen Energiespeichern verknüpft.
Warum? Weil ein Elektroauto muss, durch die günstigeren laufenden Kosten (Energiekosten und Wartung) und durch die längere Lebensdauer der Motoren einfach im Verkauf mehr kosten. Und das kann man dem Kunden nur über elektronische Spielereien sowie den aufgezwungenen Hype der selbstfahrenden Fahrzeuge verkaufen. Sonst gebe es ja keine Begründung.
Ein weiterer Kostentreiber um auf diese Beträge zu kommen ist die ewige Diskussion über mehr Reichweite. Kein Verbrenner braucht heute 500 PS und genausowenig braucht ein durchschnittliches Elektroauto 500km Reichweite. Die Autos können doch jede Nacht (günstig) geladen werden und teures Schnellladen wird wohl die Ausnahme bleiben. Wer fährt wirklich regelmäßig mehr als 150km täglich? Der Vernünftige Autofahrer baut sich in Zukunft sein Ölfeld aufs Hausdach (PV-Anlage) und die Kosten spart er sich bei den unnötigen Kwh im Auto. (Wer kein Hausdach besitzt kann sich mit dem Ersparten an einem gemeinnützigen PV- oder Windprojekt beteiligen und sich über diesen Umweg seine Stromkosten fürs Auto zurückholen).
Priusfahrer meint
Eisen – Oxydationszellen-Akkus werden schon von z.B. Siemens für mobile
Dauer-EKG- und Hörgeräte hergestellt und verwendet. Die kleinen
Knopfzellen in Hörgeräten halten 2-3 Wochen. Sind aber Batterien, keine
Akkus.
H2O3 meint
Die Energiedichte von aktuellen Lithium-Ionen Akkus liegt bei max. 200 Wh/Kg.
350 Wh/Kg sollen mit Lithium-Schwefel-Batterien möglich sein (https://de.wikipedia.org/wiki/Energiedichte) .
Die heute tatsächlich eingesetzten top Batterien haben ca. 185 Wh/Kg.
Der Statistiker meint
Stellen wir uns einmal vor, dass solche und andere Entwicklungen in 10-15 Jahren serienreif sind. Wir stehen ja immer noch am Anfang der Elektromobilitätsentwicklung! Was würde das bedeuten?
Batterievolumen und -gewicht nur mehr ein Drittel bis Viertel? Preise im Keller? Trotzdem bis 1000km Reichweite oder unbegrenzt, da beim Parken und Fahren berührungslos Strom getankt wird?
Welcher halbwegs normale Mensch würde sich dann noch einen Verbrenner kaufen? Da soll noch wer sagen: „die Elektroautos haben keine Zukunft“. 2030/35 wird man sich über solche Aussagen nur mehr wundern oder einfach herzhaft lachen.
frax meint
So sieht’s aus – die Rückzugsgefächte sind in vollem Gange – wer heute noch Verbrenner und Kohlekraft propagiert, ist von vorgestern.
Daniel meint
Darum gibts bei mir Explosionsfahrzeuge nur als Occasion. Die haben in 4 Jahren keinen Wert mehr.. Kannst Du auf Null abschreiben.
Anonym meint
Lieber Herr Statistiker,
sie scheinen hier einem Fehler zu unterliegen.
Nur weil die Herstellungskosten für die Akkus, aufgrund der Massenfertigung, fallen (könnten) – bedeutet dies im Umkehrschluss doch nicht, dass das Produkt auch für den Endkunden günstiger angeboten wird.
Schauen wir uns doch mal die Preisentwicklungen von Autos oder Handys an.
Pkw, mit Verbrennungsmotor, werden jetzt seit über 100 Jahren vertreiben. Die F&E auf diesem Feld geht immer weiter, es gibt viele mehr Hersteller und Modellvarianten, die eigentlich den Preis drücken müssen weil Fausregel: „Mehr Angebot = fallender Preis“. Sind die Preise aber wirklich so gering wie noch nie?
Was ist mit Handys? Kostet ein iPhone X der zehnten Generation wirklich weniger als Ur-iPhone? Laut google nicht!
Aber warum? Apple ist viel größer geworden. Es wurde mehr an Leistugnsstraken Akkus entwickle t und gebaut. Die Hersteller nehmen mehr Akkus ab weil sie höhere Stückzahlen verkaufen wollen / können
Nach ihrer Logik müsste der Preis ins bodenlose fallen. Stimmt aber mit den Preisschildern in den Läden nicht ansatzweise überein! Darum sollten sie sich auch keine Hoffnung machen einen Wagen mit neuster Batterietechnologie in 10 Jahren günstiger zu bekommen als ein von der Ausstattungs gleichwertigen eWagen zur jetzigen Zeit!
Es besteht vielleicht ein statistischer Zusammenhang, aber leider keine Kausalität zwischen diesen beiden Ereignissen. Jemand mit ihrem Namen sollte das wissen!
Der Statistiker meint
Also erstens ein Tipp: „Der Statistiker“ ist nicht mein Name, sondern ein Synonym :-)
Und zu dem Sonstigen: Ok, schauen wir uns die Handys an. Da betrachten wir aber bitte nicht das teuerste, sondern alle Smartphones. Und jetzt die Preisfrage: hat es zu Beginn Handys gegeben um 50.- Euro? Nein! Gibt es aber jetzt. Und haben die ersten Handys das gekonnt was auch die billigsten jetzt können? Nein! Und so könnten wir das im Übrigen auch mit den Verbrennern, mit den Fernsehern und anderen Gütern tun.
Was möchte der Statistiker damit sagen?
Gerade zu Beginn der Entwicklung einer neuen Technologie gibt es Technologieverbesserungen die sich nicht im Verkaufspreis zeigen. Also zB. kosten die Elektroautos der Klein- und Mittelklasse schon immer zw. 25.000.- und 40.000 Euro. ABER – sie werden immer besser, sie kommen heute bereits durchschnittlich fast auf echte 300km Reichweite (lt. Horvath&Partners). Zu Beginn waren es zw. 50 und 100km.
Dann wird der Punkt erreicht, wo die Bedürfnisse der Kunden voll bedient werden können, sagen wir mal 400-500 echte Reichweite. Und ab dann fallen die Preise rasant! Die Massenproduktion tut dann ihr übriges.
Ich persönlich rechne damit ab ca. 2023.
TeslaTom meint
vlt sollte Anonym sich mal TFT Monatswechsel tor ofer Fernseher anschauen, eas haben diese anfänglich gekostet? 20.000 Eur und mehr bei 40″ Der Rest ist Geschichte….
Wenn das bei Autos nicht klappt, gibt es eine höhere Nachfrage als Angebot, die Herstellungskosten sind es nicht.
Und es gibt auch noch Betriebsräte etc.????
TeslaTom meint
uups? Sollte
“ TFT Monitore oder Fernseher“
heissen