Elektroautos boomen: Laut Bundesamt für Statistik (BFS) haben reine Elektroautos 2023 um 30 Prozent zugenommen gegenüber dem Vorjahr – über 52'000 Fahrzeuge. Ein Fünftel aller PKW-Neuzulassungen sind rein elektrisch.
Künftig ist mit viel mehr Batterien zu rechnen, heisst: noch mehr verbaute Metalle in den Akkus. Die Forschung ist gefordert, Batterien künftig noch leistungsfähiger, aber auch nachhaltiger zu machen.
Lithium-Ionen-Akkus: stärker, sicherer, nachhaltiger
Industriestandard sind Lithium-Ionen-Akkus der Bauart NMC811 (=8 Teile Nickel, 1 Teil Mangan, 1 Teil Cobalt). Immer höherer Nickelanteil hat in der Vergangenheit bei gleicher Energiedichte das Kobalt und Mangan stetig reduziert.
- Stärker: Viele Wege führen zu mehr Leistung
Ein Ansatz für mehr Leistung ist kompaktere Bauweise: Flüssigelektrolyten durch Feststoffe ersetzen – das verspricht kleinere Batteriezellen mit ähnlich hoher Energiedichte. Oder: ähnlich grosse Autobatterien mit mehr Leistung.
Ein vielversprechender Leistungs-Booster ist auch Lithium-Metall in der negativen Elektrode, das noch höhere Energiedichte verspricht.
- Sicherer: Dendritenbildung vermeiden
Aber höhere Energiedichte bei noch weniger Platz erhöht die Gefahr sogenannter Dendritenbildung: Kleinste Ablagerungen am Lithium-Metall, die vor allem beim Schnellladen auftreten. Dringen sie zur positiven Elektrode durch, kommt es zum Kurzschluss.
In Feststoffbatterien experimentiert man neu mit Polymer-, Keramik- und poröse Hybridverbindungen als sicherem Elektrolyt.
- Nachhaltiger: «Heikle» Rohstoffe reduzieren
Ein grosses Problem ist der steigende Rohstoffbedarf an «heiklen» Metallen wie Kobalt oder Lithium. Kobalt wird im Kongo unter prekären Arbeitsbedingungen abgebaut. Und beim Lithium, das alternativlos ist, ist der immense Wasserverbrauch in der Wüste von Chile ein Dauerproblem.
Doch Alternativen sind am Markt: Lithium-Eisenphosphat-Batterien (LiFePO) sind Kobalt-frei und nachhaltiger, allerdings erreichen sie heute noch nicht die Energiedichte der NMC811.
Kein Batterieausbau ohne Werterhaltung. Besonders die heiklen Rohstoffe wie Kobalt oder Lithium sollen industriell im grossen Stil rezykliert werden: Autohersteller wie VW oder Mercedes haben solche Anlagen bereits gebaut.
Europa muss aufholen
EU-Gross-Initiativen wie die «European Battery Alliance» oder «Battery2030+» wollen die Batterieproduktion mit Milliarden-Investitionen im Euroraum massiv ausbauen.
Denn die Batterieindustrie ist mehrheitlich in asiatischer Hand. Der Weltmarktführer «CATL» aus China stellt heute etwa jede dritte Batterie eines Elektroautos her.
Auch die Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt Empa mischt mit: Sie besitzt einen einzigartigen Batterie-Forschungsroboter, der die Lithium-Ionen-Zellforschung um den Faktor acht bis zehn beschleunigen soll. Die clevere Eigenkonstruktion zieht internationales Interesse auf sich.
Recycling, Recycling, Recycling!
Durchs Recycling entsteht ein nötiger, nachhaltiger Material-Kreislauf von Batterie-Metallen – und das lohnt sich: Weil jede Primärproduktion umweltbelastender und energieintensiver ist als Recycling.
Und anders als beim Plastik verlieren Metalle ihre spezifischen Eigenschaften nicht in der Rückgewinnung.
Es gibt auch Zielvorgaben: Die EU-Kommission will bis 2027 das Kobalt in Akkus zu 90 Prozent rezyklieren. In der Schweiz wird gerade mit dem Projekt «Librec» eine grosse Recyclinganlage in Biberist gebaut, die noch 2024 in Betrieb gehen soll.
