Technik

Fluorid-Akku: Diese Akku-Technik ist achtfach besser als Lithium

von
Marten Zabel

In Versuchen ist es erstmals gelungen, eine vielversprechende neue Akku-Technik bei Raumtemperatur zu betreiben: Fluorid-Akkus könnte die Zukunft gehören.

Ein voller Ladebalken.
So soll die Batterie noch länger halten: Der Fluorid-Akku verspricht eine sehr viel höhere Energiedichte als Lithium-Ionen. Foto: Shutterstock / Snova

Das erfahren Sie gleich:

  • Wie eine neue Akku-Technik eine viel höhere Energiedichte als bei Lithium-Akkus verspricht
  • Warum Fluorid-Akkus eine wahre Revolution bei jeder Form von mobiler Technik bedeuten könnten
  • Wie damit auch Elektroflugzeuge für die Langstrecke erstmals praktikabel wären

Für viele Anwendungsfälle der Elektromobilität wären Akkus mit höherer Energiedichte ein echter Segen: Herkömmliche Lithium-Ionen-Akkus sind derzeit zwar der Standard. Gemessen an dem, was sie pro Volumen und Gewicht an Energie speichern können, hängen sie aber noch weit hinter fossilen Brennstoffen zurück.

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Sollen irgendwann etwa auch Langstreckenflugzeuge mit elektrischen Motoren unterwegs sein, bedarf es einer alternativen Technologie.

Diese könnte jetzt am Horizont erschienen sein: Es ist erstmals gelungen, Fluorid-Ionen-Akkus bei Zimmertemperatur zu betreiben. Das funktionierte bislang nur bei mehr als 150 Grad Celsius, was den Nutzen für mobile Anwendungen stark einschränkt: Bei tragbaren Geräten wäre das für den Träger gefährlich. Und Elektroautos oder Elektro-Flugzeuge müssten ihre Akkus gut isolieren und wohl auch beheizen – in der Praxis kaum machbar.

Fluorid-Akkus: Problem gelöst?

Das Hindernis für Fluorid-Ionen-Akkus war bislang das Fehlen eines geeigneten Elektrolytmediums: Feststoffe transportieren das Fluorid nur bei hohen Temperaturen in ausreichender Effektivität zwischen Kathode und Anode und ermöglichen damit einen Energiefluss.

Andere Batterieformen nutzen aus diesem Grund flüssige Komponenten, die allerdings nicht an den Energiegrad der Fluorid-Ionen herankommen.

Das erfolgreiche Forscherteam um Victoria Davis vom Jet Propulsion Lab der Caltech, einem führenden Institut, das auch für die NASA entwickelt, hat das Problem lösen können. Ein kräftiges Lösungsmittel wird mit dem Fluorid kombiniert, leitet die Ionen und hält gleichzeitig die hohe Spannung aus, ohne sich zu zersetzen. So lässt sich ein flüssiges Elektrolyt erschaffen, mit dem sich die Batterie bei Raumtemperatur laden und entladen lässt.

Damit das Ganze funktioniert, mussten die Forscher noch andere Komponenten des Akkus anpassen: Die Elektroden etwa müssen so beschaffen sein, dass sie mit dem Lösungsmittelgemisch arbeiten, ohne geschädigt oder gar aufgelöst zu werden.

Das gelingt den Forschern, indem sie um den Kupferkern eine Hülle aus Lanthanfluorid legen. Beim Laden der Batterie wird das Kupfer zu Kupferfluorid, beim Entladen läuft diese Reaktion wieder rückwärts ab.

Bis zu Elektroflugzeugen dauert es noch

Im Versuchsaufbau hat die neue Akkutechnik bislang erst acht Ladezyklen durchgehalten. Das ist im Vergleich zu dem, was kommerziell erhältliche Lithium-Ionen-Technik schafft, noch sehr wenig – aber zumindest ein Anfang.

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Es zeigt, dass hier noch eine Menge Potenzial zu nutzen ist, mit dem dann eine völlig neue Generation an Akkus entstehen kann. Diese könnte etwa genauso einen Umbruch darstellen, wie es Lithium-Ionen-Akkus im Vergleich zu den davor verwendeten Blei-Akkus waren.

Eine höhere Energiedichte mag noch einige Jahre in der Zukunft liegen, dürfte aber in der einen oder anderen Form kommen – und dann neue Einsatzmöglichkeiten der Elektromobilität eröffnen. Flugzeuge und Lkw, Busse und persönliche Kleinstfahrzeuge werden dann emissionslos funktionieren und eine hohe Reichweite haben.

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