Der Lithium-Ionen-Akku – Alternativen, Marktprognosen und Auswirkung auf den eBike-Markt

21.10.2017 18:14

Im ersten Teil unseres Akku-Reports stellten wir fest, dass Lithium-Ionen Akkus gut genug, aber in mehrfacher Hinsicht nicht unproblematisch sind.

Weltweit versuchen Forschungsteams, Akkus mit höherer Energiedichte zu bauen, ohne die Sicherheit zu kompromittieren. Am Lithium wird man aber die nächsten ein, zwei Jahrzehnte nicht vorbei kommen, so die Prognosen.

Kleiner Exkurs I: Wer jetzt vielleicht Parallelen zum Boom der Computerbranche in den letzten dreißig, vierzig Jahren zieht und an das Mooresche Gesetz denkt, wonach „sich die Komplexität integrierter Schaltkreise mit minimalen Komponentenkosten regelmäßig verdoppelt; je nach Quelle werden 12 bis 24 Monate als Zeitraum genannt.“, mag diese prognostizierten langen Zeiträume für bessere Akkus in etwa für so realistisch halten, wie die IBM-Vorstand Thomas Watson zugeschriebene Einschätzung von 1943, wonach es „auf der Welt einen Bedarf von vielleicht fünf Computern geben wird.“

Aber im Gegensatz zu der damaligen Situation kommt keine unbekannte Technologie auf uns zu, sondern man hat es mit chemischen Elementen zu tun, deren Eigenschaften hinlänglich bekannt sind. Es wird also keine Technologierevolution geben, sondern eher ein schrittweises Optimieren der Energiedichte, der Effizienz und des Gewichts, um die Anforderungen tragbarer Geräte und der E-Mobilität zu erfüllen.

Ein eBike von 1932 – ob unsere gegenwärtigen Akkus in der Zukunft genauso unbeholfen wirken werden? Bildquelle: Wikipedia.

Zurück zum Lithium.

Warum überhaupt Lithium?

Lithium ist das leichteste Metall im Periodensystem der Elemente und das erste Element, welches bei Raumtemperatur nicht gasförmig ist, wie es zum Beispiel Wasserstoff und Helium sind. In den Akkus steckt das Lithium aber nicht als Metall, sondern als Elektrolyt, also eine Lösung in einem Träger, das ein Gel oder ein Schwamm sein kann.

Alternativen zum Lithium-Ionen-Akku

Nachtankbare Redox-Flow-Akkus, Festkörperakkus mit angeblich 100.000 Ladezyklen oder auch umweltschonende Zuckerakkus mit gigantischem Energiespeicher – die Zukunft der Akkus klingt bisweilen sehr nach kreativen Energiegewinungsversuchen irgendwelcher Warlords in einem dystopischen Mad-Max-Universum. Allen gemeinsam ist, dass sie noch so genialisch klingen dürfen – ohne Langzeittests, und wir reden hier von mindestens einem Jahrzehnt, ist keine dieser Technologien mittelfristig marktfähig.

Lithium-Schwefel-Technik

Aufgrund ihrern höheren Energiedichte und geringeren Materialkosten verspricht man sich von der Lithium-Schwefel-Technik derzeit am Meisten. Sie ersetzt am Minuspol Nickel und/oder Kobalt durch kostengünstigen, leicht verfügbaren Schwefel (ein Nebenprodukt der Erdölindustrie). Dies könnte Reichweiten um bis das Vierfache steigern. Allerdings ist man schätzungsweise noch zehn bis 15 Jahre von der Marktreife entfernt.

Am Washingtoner Naval Research Laboratory wird derzeit an einem Nickel-Zink-Akku geforscht.

Auswirkungen des Konkurrenzkampfs um die beste Akku-Technologie auf die Elektroräder-Branche

Kleiner Exkurs II: Wohl kaum eine Industrie ist so globalisiert, wie die Elektroräder-Branche.

Einerseits halten wir den bekannten Marken die Treue, die schon am Markt waren, als wir  Fahrrad fahren lernten. Und es entstehen laufend lokale Start-Ups (unsere News liefern quasi wöchentlich Beispiele). Dies suggeriert eine starke nationale Industrie. Andererseits kommen nicht nur die Komponenten aus Asien, und der europäische Markt wird von so vielen asiatischen Pedelecs überschwemmt, dass der Interessenverband europäischer Fahrradhersteller bereits eine Beschwerde bei der EU gegen das eBike-Dumping Chinas angestrengt hat.

Zurück zu den Akkus.

Die chemischen Mixturen in Batterien werden großteils in Asien hergestellt, mit Japan und Korea als Hauptlieferanten nackter Batteriezellen. Diese wiederum können je nach gewünschtem Zweck in jede beliebige Form gepresst werden. Was Asien den Europäern in Sachen Produktion voraus hat, machen Europa und die USA beim Packaging wett.

Packaging – der Ringelreigen im Akku

Unter Packaging versteht man das Zusammenschalten vieler kleiner Batteriezellen zu einem großen Batteriepack inklusive Managementsystemen und Kühlsystemen. Hier wird deutschen Zulieferern ein gutes Know-How attestiert.

Pleitewelle der Akkubranche?

Ob das reicht, eine Pleitewelle abzuwenden, wie sie in den vergangenen Jahren die Photovoltaikbranche ereilte, wird kontrovers diskutiert. Denn der Akkumarkt ist in Schwierigkeiten, der Absatz stagniert, es gibt Überkapazitäten. Es werden heute schon Preise ausgehandelt, die sich für kleine Unternehmen erst in mehreren Jahren rentieren.

Nachhaltigkeit von Akkus

Zum Schluss ein paar Worte zur zweiten, großen Problematik von Lithium-Ionen-Akkus: ihre Nachhaltigkeit, um die es aufgrund ihrer begrenzten Lebensdauer nicht gut bestellt ist.

eBike-Akkus sollen angeblich „bis zu 500 Ladezyklen“ überstehen. Realistischer sind wohl eher 300, denn für die 500 müsste man das Be- und Entladen unter Laborbedingungen vornehmen. Die 300 Zyklen schafft ein Pendler mit der Strecke Arbeitsplatz/Wohnung binnen eines Jahres locker. Und dann?

Andreas Oehler vom ADFC Fachausschuss Technik erläutert: „Geht man optimistisch davon aus, dass man die 240 Wh eines BionX-Akkupacks 500 Mal vollständig nutzen kann, damit jeweils 50 km weit fährt und man den nötigen Ersatz günstig für 600 Euro bekommt, so kostet die Kilowattstunde unerfreuliche 5 Euro. Pro 100 km fallen 2,40 Euro allein als Umlage der Anschaffungskosten des Akkupack an.“ Das hieße, ein eBike ist „pro Strecke so teuer wie ein Kleinwagen.“

Wer jetzt den niedrigen CO2-Fußabdruck von eBikes ins Feld führt, vergisst, dass „die Herstellung in Fernost mittels billigem Strom aus Kohlekraftwerken mit besonders hohem CO2-Ausstoß erfolgt.“

Lithiuhm-Akkus werden nach ihrem Ableben als Sondermüll eingestuft. Und irgendwann ist das Lithium alle. Dann haben wir dieselbe Krise, wie mit den fossilen Energien. Es bleibt also spannend.


Bitte melden Sie sich an, um einen Kommentar zu schreiben.