Ob in der EDV, der Industrie oder im Consumerbereich, die Welt lechzt nach immer mehr Akkumulatoren und Batterien. Neben den etablierten NiCd- und NiMH-Akkus setzen sich nun zusehends Lithium-Ionen- und Lithium-Polymer-Systeme durch. Die F&E-Küchen bieten überdies laufend neue Technologien zur „Verkostung“ an.

Nach Aussagen einschlägiger Consultingfirmen wurden im vergangenen Jahr weltweit mehr als 3,7 Milliarden Akkus nach den genannten elektrochemischen Techniken für insgesamt fast 6 Milliarden US-Dollar verkauft. Bis zum Ende dieses Jahrzehnts soll die Stückzahl auf über 4,5 Milliarden anwachsen. 

Poleposition für Li-Ion. Bis vor wenigen Jahren waren NiCd-Akkus eindeutig Spitzenreiter, aber in letzter Zeit geht der Trend eindeutig in Richtung Lithium-Ionen-Technik. Vom Jahr 2003 bis 2004 stieg der Umsatz mit diesen Akkus um fast 30 Prozent. Dieser steile Anstieg wurde nur von Lithium-Polymer-Akkus übertroffen, die im genannten Zeitraum rund 40 Prozent zulegten. Derzeit sind Lithium-Ionen-Akkus noch wesentlich teurer als vergleichbare in „älteren“ Technologien, die Marktforscher rechnen aber mit jährlichen Preissenkungen um etwa 7 Prozent.

Noch mehr Power.

Die Hersteller von Lithium-Ionen- und Lithium-Polymer-Akkumulatoren eroberten zunächst die Anwendungen in Handys und Laptop-PCs. Neue Hochstromversionen sind vor allem für Elektrowerkzeuge geeignet. Nach erfolgreichem Einsatz in Heimwerkergeräten verwendet Bosch Lithium-Ionen-Akkus von Sony neuerdings auch in professionellen Bohrschraubern und-hämmern. Es handelt sich hier um zylindrische Zellen, die durch Verwendung von Nickel-Mangan-Elektroden mit besonders hohen Strömen belastbar sind. Hervorgehoben wird auch die gegenüber von Lithium-Kobalt-Zellen deutlich verbesserte Eigensicherheit. Eine merkliche Verbesserung erzielte Sony mit amorphen Elektroden auf Zinnbasis, die in den „Nexelion“-Akkus eingesetzt werden. Im Vergleich zu herkömmlichen Grafit-Lösungen kann mit dieser Technik die Speicherung von Lithium-Ionen um 50 Prozent gesteigert werden.

Abb.1: Das Fraunhofer-Institut zeigt, dass auch sehr kleine Brennstoffzellen erzeugt werden können

Bewusst robust.

Der französische Batteriehersteller SAFT fertigt seine zylind­rische Lithiumthionylchlorid-Zellen (Li-SOCl2), die ursprünglich für Raumfahrtanwendungen entwickelt wurden, seit kurzem auch für den freien Markt. Die Akkus halten eine hohe Schock- und Vibrationsbelastung aus und können in einem Temperaturbereich von –60 °C bis +120 °C eingesetzt werden.  

Neue Elektroden.

Bemerkenswerte Erfolge in der Weiterentwicklung von Lithium-Ionen-Akkus erzielte Sanyo Electric. Das japanische Unternehmen begann schon vor zehn Jahren mit der Produktion von zylindrischen Zellen, die Karbon für die negative Elektrode und Lithium- Kobaltoxid für die positive Elektrode verwenden. Der Vorteil von Karbon ist eine gleichmäßige Entladecharakteristik und die relativ hohe Zellenspannung, wodurch kleinere und leichtere Akkus hergestellt werden können. Seit April dieses Jahres liefert Sanyo Electric neue zylindrische Lithium-Ionen-Akkus mit 2.600 mAh. Das Unternehmen entwickelte und fertigt neuerdings so genannte hybride Lithium-Ionen-Zellen, in denen Lithium-Kobaltoxid (LiCoO2) und Lithium-Manganoxid (LiMn2O2) in der positiven Elektrode eingesetzt werden. Zwecks Verbesserung der Eigensicherheit erwägt Sanyo den Einsatz von Eisenphosphat für die negative Elektrode, was jedoch andererseits zu einer Verringerung der Energiedichte führt.

Abb.1: Zylindrische Lithium-Akkus für Militärsatelliten

Brennstoffzellen.

Indessen laufen die Verbesserungen bestehender und Entwicklungen neuer Batterietechnologien auf Hochtouren weiter. Die Brennstoffzellentechnik gilt als eine der Schlüsseltechnologien des 21. Jahrhunderts, weil nahezu verlustfrei aus chemischer Energie Strom und Wärme erzeugt werden kann. Rittal präsentierte auf der diesjährigen Hann­over Messe eine voll funktionsfähige 5-kW-Anlage für die IdaTech-Brennstoffzelle ElectraGen5. Gemeinsam mit dem US-Brennstoffzellenhersteller hat Rittal eine sichere physikalische Infrastrukturlösung auf Basis der Rittal-CS-Outdoor-Gehäuse- und Klimatechnologie entwickelt. Die Versorgung mit Wasserstoff erfolgt über Gasflaschen, die außerhalb vom Gehäuse oder Rack aufgestellt sind. Die H2-Versorgung kann auch durch Erdgas oder Methanol, umgewandelt durch die Reformertechnik, bereitgestellt werden. Mikrobrennstoffzellen sollen Batterien ersetzen und die Energieversorgung portabler Elektronikgeräte und autonomer Mikrosysteme sicherstellen. „Mit Mikrobrennstoffzellen ist eine Erhöhung der Energiedichte und damit der Betriebszeit um den Faktor 5 bis 10 erreichbar“, erklärt Robert Hahn, Gruppenleiter am Fraunhofer IZM, wo eine nur wenige Kubikzentimeter kleine Brennstoffzelle entwickelt wurde. Obwohl Silizium-Wafer als Trägersubstrate während der Herstellung eingesetzt werden, besteht die Zelle aus Polymer- und Metallfolien. Mit den industriell erprobten Verfahren lassen sich Wege zur kostengünstigen Herstellung erschließen, etwa Rolle-zu-Rolle-Verfahren.