Die Schwächen von Nickel-Cadmium und Lithium-Ionen-Batterien
Beide Batterietypen, sowohl Nickel-Cadmium als auch Lithium-Ionen, sind wesentliche Bestandteile unserer modernen Energieinfrastruktur, aber sie bringen deutliche Nachteile mit sich. Hierüber berichteten wir bereits mehrmals ausführlich. (siehe >hier und >hier) Die Energiedichte, also die Energiemenge, die ein Akku pro Kilogramm Gewicht speichern kann, ist bei diesen Batterien relativ niedrig.
So liegt die Energiedichte bei einer Lithium-Ionen-Batterie je nach Ty zwischen 100 bis 250 Watt-Stunden pro Kg. (Wh/kg). Zum Vergleich: ein Kilogramm Steinkohle hat eine Energiedichte von 9 kWh/kg. Das entspricht 9000 Watt. Benzin hat mit 12.000 Wh/kg eine 40 mal höhere Energiedichte als die beste Ionen-Batterie, die es gibt. Und Erdgas hat mit 13.900 Wh/kg eine Energiedichte, die 46,3 mal höher liegt als die beste Lithium-Ionen-Batterie. Das bedeutet, dass Batterien im Vergleich zu fossilen Brennstoffen viel schwerer und voluminöser sein müssen, um dieselbe Energiemenge zu liefern.
Nickel-Cadmium-Batterien
Nickel-Cadmium-Batterien waren vor Jahrzehnten ein bedeutender Fortschritt und zeichnen sich durch eine relativ hohe Zyklenfestigkeit aus, was bedeutet, dass sie über viele Ladezyklen hinweg stabil bleiben. Aber ihre Energiedichte ist im Vergleich zu Lithium-Ionen-Akkus gering, und sie sind sehr schwer. Dies macht sie unattraktiv für mobile Anwendungen und hat dazu geführt, dass sie in modernen Konsumgütern kaum noch verwendet werden. Hinzu kommt, dass Cadmium giftig und umweltschädlich ist, was die Entsorgung zu einer Herausforderung macht.
Lithium-Ionen-Batterien
Lithium-Ionen-Batterien bieten zwar eine deutlich höhere Energiedichte und sind leistungsfähiger als NiCd-Akkus, doch auch sie kommen nicht ohne Nachteile aus. Erstens ist ihre Energiedichte trotz technischer Fortschritte noch weit von den theoretischen Idealwerten entfernt, die für eine nachhaltige und massenkompatible Energielösung erforderlich wären.
Hinzu kommt das Problem des Gewichts. Insbesondere bei Anwendungen im Transportsektor. Ein Elektroauto muss etwa 400 bis 700 Kilogramm an Batterien tragen, um eine Reichweite von 400 Kilometern zu erzielen. Bei Verbrennungsmotoren genügt ein deutlich kleinerer und leichterer Tank für die gleiche Reichweite.
Zudem bergen Lithium-Ionen-Akkus das Risiko von Überhitzung und Feuer und setzen bei Fehlfunktionen giftige Gase frei. Bei einem Brand kann die Feuerwehr die Batterie auch nicht mit Feuerlöschschaum löschen, da das Löschmittel nicht in die verkapselten Zellmembranen eindringen kann.
Wenn es aufgrund einer mechanischen Beschädigung, aufgrund eines Aufprallunfalls, bei einer Überladung oder aufgrund einer Tiefentladung zu einem Brand kommt, dann wird es gefährlich. Bei rd. 60 Grad entzündet sich das Elektrolyt in der Batterie und es kommt zu einem sog. „thermischen durchgehen“ durch Wärme. Dies kann entweder schlagartig oder zeitverzögert geschehen.
