Metall-Ionen-Systeme neben LIB

Noch dominieren Lithium-Ionen-Batterien (LIB) den Markt für portable Geräte. Und auch in mobilen und stationären Anwendungen werden sie zunehmend eingesetzt. Künftig könnten allerdings neue Batterien interessant werden, welche nach dem gleichen Prinzip funktionieren, in denen aber statt Lithium andere Metalle zum Einsatz kommen.

In den Elektroden von Metall-Ionen-Batterien werden Materialien verwendet, die Metall-Ionen einlagern können und mit ihnen sogenannte Interkalationsverbindungen eingehen. Dabei werden nicht wie bei den meisten Batterietypen die Metall-Ionen reduziert, sondern das Elektrodenmaterial. Die Metall-Ionen werden als Ionen eingelagert, nicht als chemische Verbindung oder Metall. Deshalb bezeichnet man diese Batterietypen als Metall-Ionen-Batterien.

Für jedes eingelagerte Metall-Ion nimmt das Kathodenmaterial so viele Elektronen auf, wie zum Ladungsausgleich nötig sind. Wie viele Elektronen an die Elektrode abgegeben werden, hängt vom Metall-Ion ab. Lithium etwa ist nur in der Lage ein Elektron abzugeben, Aluminium hingegen kann drei Elektronen abgeben, was für einen dreifachen Ladungstransport pro Metall-Ion sorgt und diese Metall-Ionen sehr attraktiv für neue Batterietypen erscheinen lässt.

Jedes neue Metall-Ion bringt andere Eigenschaften mit sich und verändert damit auch die Eigenschaften der Batterie. Neben Vorteilen bergen die unterschiedlichen Batterietypen aber auch Nachteile. Sie unterscheiden sich bei gleicher Kapazität u. a. in ihrem Gewicht, der Größe, der Verfügbarkeit der Rohstoffe und damit verbundenen Kosten und in vielen anderen Bereichen, die es zu berücksichtigen gilt.

Ein Austausch der bewährten Lithium-Ionen durch andere Metall-Ionen in einem Batteriesystem wirkt sich auf das komplexe Zusammenspiel der einzelnen Zellkomponenten aus. Das hat zur Folge, dass viele Komponenten angepasst werden und teilweise neue Materialien gesucht werden müssen – möglicherweise gänzlich andere Gesamtsysteme. Mit der Förderinitiative soll das Potenzial der aussichtsreichsten Metall-Ionen-Systeme neben Lithium-Ionen-Batterien ausgelotet und deren Entwicklung zu marktreifen Batterien gefördert werden.