Die erste Batterie, wie wir sie heute definieren, wurde 1800 von Allessandro Volta gebaut: die Volta-Säule. Sie erzeugte nach demselben Prinzip Strom, die auch in heutigen Batterien Anwendung findet: Gespeicherte chemische Energie wird durch eine elektrochemische Redoxreaktion in elektrische Energie umgewandelt. Volta geht damit als Erfinder der Batterie in die Geschichte ein und ist der Namensgeber für die Einheit zur Messung der elektrischen Spannung, dem Volt. Er legte damit den Grundstein, Elektrizität zu speichern und machte den Weg frei für die heutige Akkutechnologie.
Den Zusammenhang von Elektrizität und Magnetismus entdeckte André Marie Ampère im Jahre 1820. Sein Nachname wurde ebenfalls für eine Maßeinheit benutzt: Ampere steht für die der Stromstärke. Ihm verdanken Sie es unter anderem, dass die Leistung Ihrer Akkus in Volt und Ampere angegeben wird. Denn mit der gleichen Spannung (Volt), aber unterschiedlichen Stromstärken (Ampere), lassen sich unterschiedlich hohe Leistungen (Watt) erzielen.
Deshalb finden Sie auf unseren Akku-Plattformen auch immer unterschiedliche Ampere-Klassen – damit die Leistung für Ihre Anwendung stimmt.
Aber das Wettrennen um die Entwicklung des größten Akkus der Welt beginnt gerade erst.
Der größte existierende Akku – Stand 2019 – ist das Hornsdale Power Reserve in Australien, und wurde von Tesla entwickelt. 129 Megawattstunden Speicherkapazität stehen dort zur Verfügung. Aber die Konkurrenz schläft nicht – und grüne Technologien stehen besonders hoch im Kurs. Mit dabei ist unter anderem die Firma EWE Gasspeicher in Deutschland. Ihre Speicher sollen auf Lithium-Ionen-Technologie verzichten und stattdessen riesige Salzhöhlen von über 100.000 Kubikmeter Fassvermögen mit in Salzwasser gelösten, recycelbaren Polymeren füllen, um eine gigantische Redox-Flow-Batterie (auch Flüssigbatterie der Nasszelle genannt) zu schaffen. Hier sollen – frühestens ab 2023 – 700 Megawattstunden gespeichert werden können.
Ein weiterer, vielversprechender Ansatz für die größte Energiespeicheranlage der Welt kommt von Mitsubishi Hitachi Power Systems und Magnum Development: Sie wollen in Utah, USA, ein 100% „sauberes“ Speichersystem bauen, das auf erneuerbarem Wasserstoff, Druckluftenergiespeicherung, enormen Redox-Flow-Batterien und Festoxid-Brennstoffzellen basiert. Magnum besitzt fünf Salzkavernen, die bereits, ganz ähnlich wie im oben genannten EWE Projekt, für die Lagerung von Flüssigbrennstoffen eingesetzt werden.
Der Clou an diesem Konzept: Die Größe der Salzkavernen bedeutet, dass die Speichermenge praktisch unbegrenzt ist und letztlich nur durch die Marktnachfrage und die Technologien, die die Energie erzeugen, begrenzt wird Das bedeutet auch, dass grüne Energie, beispielsweise aus Sonnen- oder Windkraft, dann endlich gespeichert werden kann.
Die leistungsfähigsten Akkus basieren dank stetiger Weiterentwicklung nach wie vor auf der Lithium-Ionen-Technologie: Sie weisen bei kleinster Bauweise die höchste Energiedichte auf. So hat sich die Kapazität der Lithium-Ionen-Batterie seit 1991 verdreifacht. Die Zahl der Ladezyklen ist von einigen Dutzend auf bis zu zehntausend gestiegen.
Auch die Lebensdauer der Batterien ist markttauglich: Sie bleiben unter Berücksichtigung eines gewissen Kapazitätsverlusts etwa 5 Jahre funktionstüchtig.
Sind Lithium-Ionen-Akkus umweltverträglich?
Der erhöhte Verbrauch an Lithium besonders in der Automobilindustrie – 6 bis 10 Kg pro Autobatterie - wirft heute die Frage auf, wie umweltverträglich Lithium eigentlich ist. Das größte Problem ist dabei der Abbauvorgang. Während Lithium in Australien im Bergbau gewonnen werden kann, sind die großen Vorkommen in Argentinien, Chile und Bolivien in der Salzschlacke der Atacama-Wüste gebunden. Um mit der Lithium-Ionen-Technologie eine wirklich „grünere“ Alternative zum Verbrennungsmotor bieten zu können, arbeitet man heute mit Hochdruck daran, den vergleichsweise hohen Wasserverbrauch beim Abbau des Lithiums zu senken. Denn bei der Verdunstung der Salzschlacke in den trockenen lateinamerikanischen Hochebenen wird zum einen Süßwasser verwendet – bis zu 7 Millionen Liter am Tag. Zum anderen ist unklar, ob die Entnahme des Salzwassers auch die unterirdischen Süßwasserströme in die Salare umlenkt. Wäre dem so, könnte das fatale Folgen für die Landwirtschaft und die Viehzucht in nahegelegenen Gegenden haben. Speziell die Autoindustrie treibt die Entwicklung aber in eine umweltfreundlichere Richtung, und das kommt schlussendlich auch den Lithium-Ionen-Akkus anderer Technologien zugute, die sehr viel weniger Lithium benötigen.
Lithiumbedarf in Li-Io-Akkus:
Kann man Lithium-Ionen-Akkus recyclen?
Das Recycling von Lithium-Ionen-Akkus war bisher eine ungeheure Herausforderung. Grund dafür ist hauptsächlich das Elektrolyt im Innern der Akku-Zellen. Denn diese giftige, hochentzündliche und flüchtige Flüssigkeit muss von den anderen Stoffen im Akku sorgfältig getrennt werden – ein komplexes und teils händisch zu erledigendes Verfahren, das derzeit nur wenige spezialisierte Unternehmen beherrschen.
Aber es zeichnen sich zwei Möglichkeiten ab, wie dieses Problem zu meistern ist: Entweder im Hochofen – wobei zum Beispiel Kobalt, Nickel und Kupfer dank unterschiedlicher Schmelzpunkte zurückgewonnen werden – oder in der Walze, in der entladenen Akkus in einem Stickstoffgas geschreddert werden. Das Verfahren ohne Hochofen verhindert chemische Reaktionen und somit eine Selbstentzündung des Elektrolyts. So lassen sich mit neuen Technologien der Großteil der Rohstoffe, vom Lithium über Kobalt, zurückholen. Das Patent auf ein solches Walzverfahren hat sich eine Firma in Wendeburg, Deutschland, gesichert: Mit diesem Verfahren lassen sich bei Lithium-Ionen-Autobatterien 40% -90% ihres CO2-Fussabdrucks einsparen.
Lernen Sie unsere Lithium-Ionen-Akkus von Hilti kennen: In 12, 22, und 36 Volt
So stark Lithium-Ionen-Akkus auch sind: Ihr Optimierungspotenzial ist so gut wie ausgeschöpft. Doch der Bedarf an Zwischenspeichern für alternative Energien wächst. Auch sind Lithium-Ionen-Akkus umwelt- und sozialpolitisch nicht unproblematisch: Sie benötigen unter anderem sehr rares Kobalt, das unter sehr schwierigen Bedingungen gefördert wird. Auch das Recycling der Materialien stellt momentan noch ein Problem dar. Deshalb arbeitet die Forschung mit Hochdruck an ganz neuen Ansätzen:
Lithium-Schwefel statt Lithium-Ionen
Lithium-Schwefel bzw. Li-S-Batterien stellen schon seit Längerem einen der vielversprechendsten Ansätze dar, um Lithium-Ionen zu ersetzen. Sie ermöglichen es theoretisch, mehr Energie in eine einzige Batterie zu packen – also eine höhere „Energiedichte“ zu erzielen. Diese verbesserte Kapazität, in der Größenordnung des 5- bis 10-fachen derer von Lithium-Ionen-Akkus, entspricht einer längeren Laufzeit der Akkus zwischen den Ladevorgängen. Die Herausforderung liegt hier noch in der Wiederaufladbarkeit des Akkus – daran arbeiten Forscher und Industrie derzeit mit Hochdruck.
Spinnenblut und Bioabfall – Stoffe für den Akku der Zukunft?
Eine effiziente Akku-Technologie könnte künftig auf weniger kritischen Elementen basieren wie etwa Natrium, Magnesium, Aluminium oder Kalzium. Dabei ist die Natrium-Ionen-Batterie (NIB) derzeit das vielversprechendste Modell. Besonders interessant: Um die Leistung dieser Akkus zu steigern, setzen Forscher des Helmholtz-Instituts in Ulm, Deutschland, auf Stoffe, die in Spinnenblut oder Bioabfällen wie Erdnussschalen zu finden sind. Diese versprechen gute Speicherdichten, eine einfache Verarbeitung, Nachhaltigkeit und geringe Kosten.
Gold macht Akkus unsterblich
An der University of California haben Forscher Nanodraht-Batterien entwickelt, die nahezu unendlich oft aufgeladen werden können: Dabei handelt es sich um die oben bereits erwähnten Nanodraht-Akkus. Diese sind im Ladeprozess bruchanfällig. Verwendet man bei der Herstellung aber Gold in einem Gelelektrolyten, können diese Akkus in drei Monaten ohne Leistungsverlust über 200.000 Mal aufgeladen werden.
Kalk als Speicher
Überschüssiger Strom lässt sich auch in Form von Wärme speichern. Doch wer schon einmal seinen Kaffeebecher über die Arbeit vergessen hat, weiß: Ohne geeignete Isolierung verflüchtigt sich die Wärme schnell. Forscher des Deutschen Luft- und Raumfahrtzentrums haben jetzt eine Möglichkeit entdeckt, Wärme auf unbegrenzte Zeit und beinahe verlustfrei zu speichern: Sie nutzen das chemische Verhalten von Löschkalk (Kalziumhydroxid). Erhitzt man ihn auf Temperaturen um 500 Grad Celsius, trennt sich das darin gebundene Wasser ab. Es entsteht Branntkalk (Kalziumoxid) – ein idealer Wärmespeicher: fügt man ihm wieder Wasser hinzu, wird aus dem Branntkalk dank chemischer Reaktionen wieder Löschkalk. Und der setzt die gespeicherte Energie in Form großer Hitze wieder frei.
Der riesige Vorteil dieser Technologie: Wasser und Löschkalk sind sehr günstig, leicht zu transportieren und der Baubranche seit Jahrtausenden vertraut. Noch arbeiten die DLR-Wissenschaftler daran, ein Verfahren zu entwickeln, bei dem möglichst wenig Wärme verschwendet wird. Aber die bisherigen Ergebnisse sind vielversprechend.
1.700 km mit einer Ladung Metall und Luft
Ein Auto hat es geschafft, 1.700 km mit einer einzigen Batterieladung zu fahren. Möglich wurde das dank eines Metall-Luft-Akkus, der Sauerstoff aus der Luft zum Füllen ihrer Kathode verwendet. Dadurch ist es wesentlich leichter als flüssig gefüllte Lithium-Ionen-Batterien, und das wiederum verleiht dem Auto eine wesentlich größere Reichweite. Wenn die relativ kurze Lebensdauer ausgeglichen werden kann, könnte diese Art Akku gerade im Automobilbereich eine beliebte Alternative werden.
Bis es endlich soweit ist, nutzen Sie für Ihre Baugeräte für maximale Freiheit und Sicherheit unsere starken Akkupakete in verschiedenen Volt-Klassen.
Der Markt bietet eine breite Palette an Akku-Geräten für Ihre Anwendungsgebiete: Bohrschrauber, Sägen, Schleifmaschinen, Bohr- und Meißelhämmer, Staubsauger und vieles mehr. Um den unterschiedlichen Anforderungen der verschiedenen Geräte und Anwendungen gerecht zu werden, laufen ihre Akkus auf unterschiedlichen Volt-Plattformen. Diese sind durch die Spannung, zum Beispiel 12 V, 22 V oder 36 V, und die Kapazität der Amperestunde (Ah) definiert, zum Beispiel 2.6 Ah, 5.2 Ah oder 8.0 Ah.
Aber was bedeuten all diese Zahlen und wie kann man erkennen, was die Leistungsfähigkeit einer Batterie eigentlich ist?
Wie viel Energie in der Batterie gespeichert wird, ist ein Maß für den Arbeitsaufwand, der mit einer Batterieladung geleistet werden kann. Dieser Energiegehalt wird in Wattstunden (Wh) angegeben. Eine Wattstunde ist die Spannung (V), die die Batterie liefert, multipliziert mit der Ladungsmenge (Ah), die die Batterie aufnehmen kann. Und diese Wattstunden-Angabe zeigt Ihnen, wie leistungsstark ein Gerät ist, also wie viele Löcher sie zum Beispiel in einer Stunde bohren können:
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