Quanten, Diamanten, AtomkraftDiese vier Batterien könnten die Zukunft sein
Von Gregor-Amadeus Rittelmeyer
An Batterien, welche die Reichweite von E-Autos verbessern, lästige Ladezeiten minimieren oder über lange Zeit Strom liefern, wird intensiv geforscht. Ein Überblick über vier teilweise kuriose Konzepte, die die Welt verändern könnten.
Weltweit werden Milliarden Euro in die Forschung von Batterien gesteckt, um die Energiewende voranzutreiben. Doch woran genau wird geforscht? Hier eine Übersicht der kuriosesten und vielversprechendsten Batteriemodelle:
Die Feststoffbatterie
Wie der Name sagt, besteht die Feststoffbatterie aus einem festen statt aus einem flüssigen Elektrolyten, den herkömmliche Batterien haben. Der feste Elektrolyt wirkt wie eine leitfähige Brücke, über die positiv geladene Ionen von der Anode zur Kathode wandern. Gleichzeitig dient er als Trennschicht und verhindert einen inneren Kurzschluss. Durch die Bewegung der Ionen entsteht ein Elektronenfluss, der die gespeicherte chemische Energie in nutzbaren elektrischen Strom umwandelt.
Vorteile: In der Forschung wird die Feststoffbatterie als Heiliger Gral gesehen, weil sie eine wesentlich höhere Energiedichte als Lithium-Ionen-Batterien besitzt und somit bei E-Autos für eine längere Reichweite sorgt. Zudem könnte sie sehr schnell geladen werden und wäre lange haltbar. Außerdem ist sie sicherer, weil kein brennbarer Flüssigelektrolyt verwendet wird. Sogenannte Semi-Solid-Batterien, also halbfeste Batterien, sind bereits in höherpreisigen Elektroautos verbaut. Viele große Fahrzeughersteller wie Toyota und VW, aber auch Samsung arbeiten intensiv an ihrer Herstellung und wollen bis 2030 in Serie gehen.
Nachteile: Die Batterie ist noch relativ teuer in der Herstellung und wurde bisher nur in kleineren Testserien erprobt. Zudem ist sie empfindlich gegenüber Umwelteinflüssen wie Luftfeuchtigkeit.
Die Lithium-Schwefel-Batterie
Die Lithium-Schwefel-Batterie ist ein sehr leichter Energiespeicher. Im Gegensatz zu herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien nutzt sie Schwefel als Kathodenmaterial, um Strom zu erzeugen. Sie funktioniert durch die chemische Reaktion von Lithium-Ionen mit Schwefel zu Lithiumsulfiden.
Vorteile: Die Lithium-Schwefel-Batterie hat ebenfalls eine deutlich höhere Energiedichte als bisherige Batterien. Die Forschung verspricht die zwei- bis dreifache Kapazität gegenüber heutigen Akkus bei deutlich geringerem Gewicht. Zudem wäre ihre Herstellung viel billiger als Lithium-Ionen-Batterien, weil Schwefel in der Natur reichlich vorhanden ist. Das würde sie auch umweltfreundlicher machen als Batterien mit Kobalt und Nickel. Gerade für die Luftfahrt verspricht die Batterie viel, weil ihr geringes Gewicht perfekt für den Antrieb von E-Flugzeugen und Drohnen wäre. Die Markteinführung für günstigere E-Auto-Modelle ist nach 2030 geplant.
Nachteile: Das größte Problem ist allerdings, dass die Batterie bisher nur eine sehr kurze Haltbarkeit aufweist und nach wenigen Ladezyklen an Leistung verliert. Auch leitet Schwefel Strom nicht so gut, was zu einer geringeren Leistungsabgabe führt und somit unter anderem die Beschleunigung von E-Autos eindämmt.
Die Quantenbatterie
Während herkömmliche Batterien auf chemischen Reaktionen beruhen, nutzen Quantenbatterien die Eigenschaften der Quantenmechanik. So können sie Energie direkt in den Zuständen von Atomen speichern.
Vorteile: Die Ladezeit von Quantenbatterien ist außergewöhnlich. Weil sie mit Quantenmechanik funktionieren, benötigen gerade große Quantenbatterien im Gegensatz zu herkömmlichen Akkus nur eine sehr kurze Ladezeit – oft nicht mehr als wenige Sekunden. Zudem können die Batterien mit Licht geladen werden: Autos könnten während der Fahrt einmal mit Licht geladen werden, glauben Forscher.
Nachteile: Zwar ist es Forschern kürzlich im Labor gelungen, die Batterie zu laden und zu entladen. Das Konzept beschränkt sich aber auf Forschungskreise und ist noch lange nicht marktfähig. Vor allem ist die gespeicherte Energie der Batterie bislang verschwindend gering. Auch wissen Forscher nicht, wie man die Energie länger als Sekundenbruchteile speichern kann.
Die Diamantbatterie
Diamantbatterien sind für Laien der vielleicht kurioseste Ansatz, weil sie mit Diamanten und Radioaktivität funktionieren. Forscher der Universität Bristol stellten 2024 eine Diamantbatterie her, die Energie durch den Zerfall von radioaktiven Kohlenstoff-14-Partikeln in synthetischen Diamanten erzeugt: Kohlenstoff-14 zerfällt zu Stickstoff-14 und setzt dabei ein Elektron frei. Der Diamant fungiert als Halbleiter: Er fängt die Elektronen ein und kanalisiert sie in einen Strom. Gleichzeitig sorgt er für ausreichenden Schutz, weil er den radioaktiven Kohlenstoff abschirmt.
Vorteile: Kohlenstoff-14-Partikel haben eine Halbwertszeit von mehr als 5700 Jahren. Diamantbatterien könnten damit Geräte konstant und über Jahrtausende mit Energie beliefern. Damit können sie auch abgelegene und schwer zugängliche Systeme mit Strom versorgen. Das würde sie gerade für die Raumfahrt und die Medizintechnik revolutionär machen.
Nachteile: Ähnlich wie die Quantenbatterie bietet die Diamantbatterie bisher lediglich in Forschungskreisen einen vielversprechenden Ansatz. Auch wenn sie Sonden und Herzschrittmacher extrem lange mit Energie versorgen könnte, weist sie eine viel zu geringe Leistung auf, um etwa E-Autos zu bewegen.