Smartphone-Akkus: Auf der Suche nach dem Lithium-Nachfolger

Alles wird drahtlos, vernetzt, mobil, portabel - und braucht trotzdem Strom. Den liefern bei den meisten Geräten Akkus auf Basis von Lithium. Meist sind es Lithium-Ionen-Akkus, die Smartphones, Tablets, Kopfhörer, Uhren und viele andere Dinge antreiben. Doch die Befürchtungen wachsen, das mit dem immer größeren Bedarf an Akkus irgendwann wichtige Rohstoffe wie Kobalt oder eben Lithium knapp werden können. Also wird verstärkt nach Alternativen geforscht, um die drohende Lithium-Lücke füllen zu können.

Natrium-Akkus müssen heiß sein

Die Forscher gehen bei der Suche nach dem neuen Akku-Rohstoff systematisch vor und checken vor allem die Elemente aus der ersten Gruppe des Periodensystems, denn diese können Elektronen abgeben - das Grundprinzip aktueller Akkus. Zudem sollten die Atome möglichst leicht sein, um mehr Energie im Vergleich zur Masse speichern zu können. Als hoffnungsvoller Kandidat gilt dabei Natrium. Der Stoff hat ähnliche Eigenschaften wie Lithium, was schon vor rund 50 Jahren zu ersten Natrium-Schwefel-Batterien führte. Das Problem im Alltag: Für eine gute Performance müsste so ein Natrium-Akku bei Temperaturen von 300 Grad betrieben werden, um Verästelungen an den Anoden zu vermeiden (die kompletten Hintergründe könnt Ihr bei Golem nachlesen). Auch ist flüssiges Natrium sehr feueranfällig und kaum zu löschen.

Die Entwicklung von Natrium-Akkus, die ungefährlich und bei Zimmertemperatur zu betreiben sind, hat allerdings ebenfalls längst begonnen. Mit dem gleichen Aufbau wie bei Lithium-Ionen-Akkus führt das aber bisher nicht zum Ziel, für die größeren Ionen ist eine passende und entsprechend performante Kathode noch nicht gefunden. Phosphor gilt für diesen Teil des Akkus als potenziell gut geeignet. Entsprechende Prototypen müssen aber sehr langsam - sieben Stunden und mehr für einen Akku in Smartphone-Größe - geladen werden, sonst erreichen sie nur noch den Bruchteil der Kapazität. Das klingt noch nicht nach baldiger Marktreife.

Statt Natrium setzen einige Forscher mittlerweile auf Magnesium als Grundstoff für die kommenden Super-Akkus. Magnesium kann zwei Elektronen auf einmal abgeben und in Reinform als Anode verwendet werden. Allerdings muss der Aufbau solcher Akkus chemisch komplett neu entwickelt werden, die Unterschiede zu Lithium-Batterien sind zu groß. Das Potenzial ist jedoch gewaltig, ein Magnesium-Schwefel-Akku hätte theoretisch die vierfache Energiedichte heutiger Lithium-Ionen-Zellen - aber nur für wenige Ladezyklen, noch ist das System zu fragil. Ein Durchbruch scheint hier zwar möglich, aber nicht unbedingt in nächster Zeit.

Andere Probleme machen Aluminium-Ionen-Akkus. Deren Energiedichte von 40 Wattstunden pro Kilogramm ist vergleichbar mit alten Blei-Akkus und für moderne Smartphones, Tablets und andere Geräte zu gering. Forscher bleiben hier trotzdem am Ball, denn Aluminium-Ionen-Akkus verkraften sehr hohe Ladeströme und extrem viele Ladezyklen - eine komplette Aufladung in einer Minute ist dabei für ein Smartphone denkbar. Aluminium ist zudem günstig, eine mögliche Graphit-Kathode ebenfalls. Bis zur industriellen Fertigung wird hier aber noch viel Zeit vergehen.

Lithium wird noch lange bleiben

Unter dem Strich wird es noch eine ganze Weile dauern, bis Lithium-Ionen-Akkus eine ernsthafte Konkurrenz bekommen, denn alle derzeit im Fokus stehenden Technologien brauchen noch eine Menge Entwicklungszeit. Das kostet auch eine Menge Geld, und Lithium ist schlicht und ergreifend ziemlich günstig. Zudem geht es ja nicht per se darum, Lithium-Ionen vom Markt zu drängen, sondern eine bessere oder günstigere Option zu finden, die noch dazu mindestens so flexibel und sicher ist wie die Lithium-Technologie. Wie die aussehen wird, bleibt also eine spannende Frage.