Da der EV-Markt weiter an Dynamik gewinnt, haben einige Autokäufer immer noch Bedenken hinsichtlich der Reichweite und der Sicherheit von Lithium-Ionen-Batterien. Um diese berechtigten Bedenken auszuräumen, wird viel Geld und Zeit in die Entwicklung neuer Batterietechnologien investiert.
In den letzten Jahren haben Unternehmen in eine alte, aber verbesserte Batterie auf Basis von Aluminium und Luft investiert, die das Potenzial hat, die EV-Industrie erheblich voranzubringen. Die Aluminium-Luft-Batterie (Al-Air) scheint ein Game-Changer für EV-Batterien zu sein, aber ist das alles ein Hype?
Was ist eine Aluminium-Luft-Batterie?
Elektrofahrzeuge spielen eine entscheidende Rolle bei der Erreichung einer Netto-Null-Zukunft. Jedoch, Reichweitenangst und Sicherheitsfragen zu Lithium-Ionen-Batterien sind Hindernisse, die das Wachstum des EV-Marktes behindern. Lithium-Ionen-Batterien haben die EV-Revolution angeführt, aber sie ist immer noch auf eine Reichweite von 400 Meilen begrenzt, was bei langen Straßenfahrten zu Problemen führen kann.
Die Mühe, in abgelegenen Gebieten eine Ladestation zu finden und zu warten, bis Ihr Elektrofahrzeug aufgeladen ist, kann potenzielle Käufer abschrecken. Andere wahrgenommene Probleme mit Lithiumbatterien, wie Batterieverschlechterung, Leckagen und Überladung, helfen dem Fall ebenfalls nicht viel. Bei all der anderen Batterietechnologie auf dem Markt erhalten Al-Air-Batterien so viel Aufmerksamkeit, weil sie nicht aufgeladen werden müssen.
Das Konzept dieser Batterien stammt aus den 1960er Jahren. Da sein Elektrolyt jedoch gefährlich ätzend und giftig war, konnte es nicht kommerziell genutzt werden. Trevor Jackson, ein technischer Offizier der britischen Royal Navy, begann 2001 mit dem Experimentieren mit der Batterie, um sie sicher zu verwenden. Al-Luft-Batterien bestehen aus einer Aluminiumlegierungsplatte als Anode, einer Luftkathode, einem ungiftigen Elektrolyten wie Wasser und einem Silberkatalysator.
Wie funktioniert eine Aluminium-Luft-Batterie?
Herkömmliche EV-Batterien haben zwei Elektroden, eine Kathode und eine Anode aus unterschiedlichen Materialien, mit einem Elektrolyt dazwischen. Wenn die Batterie verwendet wird, fließen Ionen von der Anode durch den Elektrolyten zur Kathode. Beim Laden fließen die Ionen in umgekehrter Richtung zurück zur Anode.
Al-Luft-Batterien funktionieren ähnlich wie eine Brennstoffzelle. Es verwendet Aluminium an der Anode und Sauerstoff an der Kathode. Das Ergebnis ist eine deutlich höhere Energiedichte. Etwa acht- bis neunmal größer als aktuelle Lithium-Ionen-Batterien, die in Elektrofahrzeugen verwendet werden, eine erhebliche Leistungssteigerung. Die Energiedichte misst, wie viel Energie eine Batterie pro Masseneinheit speichern kann. Die Leistungsdichte misst, wie viel augenblickliche Energie sie pro Masseneinheit liefern kann.
Die Anode setzt Elektronen frei, wenn Aluminium oxidiert, während die Kathode Sauerstoff reduziert, um Elektronen freizusetzen und so elektrische Energie zu erzeugen. Eine Last kann durch den elektrischen Strom versorgt werden, der von Elektronen erzeugt wird, die sich durch einen externen Stromkreis bewegen. Das Endergebnis ist ein weißes Pulver, das sich auf der Anode bildet.
Vor- und Nachteile von Aluminium-Luft-Batterien
Aluminium ist die am dritthäufigsten vorkommende natürliche Ressource in der Erdkruste und das am häufigsten vorkommende Metall auf der Erde, sodass es uns wahrscheinlich nie ausgehen wird. Aufgrund seiner Weichheit lässt sich Aluminium gut bearbeiten und ist im Gegensatz zu Lithium stabil. Außerdem ist es ungiftig. Im Folgenden sind weitere Vorteile von Al-Luft-Batterien gegenüber Lithium-Ionen-Batterien aufgeführt:
- Billiger zu machen
- Stabilität
- Geringerer CO2-Fußabdruck in Bezug auf Bergbau und Raffination
- Speichert viel mehr Energie
- Leichter als die meisten anderen Batterien, da die Batterie aus Aluminium und Luft besteht
- Gut recycelbar
Trotz seiner Vorteile hat dieser Akku einige Nachteile. Erstens hat es den Nachteil, dass es sich um eine Primärbatterie handelt. Im Wesentlichen kann es nicht wieder aufgeladen werden, wenn der Akku entladen oder leer ist. Außerdem korrodiert die Luft in der Batterie die Aluminiumanode. Daher muss die Aluminiumplatte in der Batterie ersetzt werden, was kostspielig sein kann. Darüber hinaus können die Batterieproduktionskosten durch den schwankenden Preis des in der Batterie enthaltenen Silbers beeinflusst werden.
Probleme mit Lithium-Ionen-Akkus
Aufgrund der Nachteile von Lithium-Ionen-Batterien, die den EV-Markt dominieren, haben Wissenschaftler bessere Batterien entwickelt. Lithium, Nickel und Kobalt, die in Lithium-Ionen-Batterien verwendet werden, sind Seltenerdmetalle, die nur in bestimmten Teilen der Welt vorkommen. Derzeit machen Elektrofahrzeuge 6 % der Fahrzeuge auf der Straße aus, und der Abbau dieser Metalle ist in vollem Gange; Stellen Sie sich vor, wenn die EV-Zahlen auf 50 % oder 80 % steigen. Weitere Nachteile von Lithium-Ionen-Akkus sind:
- Teuer in der Herstellung, obwohl die Preise gesunken sind
- Lithium-Instabilität
- Stress im nationalen Stromnetz
- Teure und ausgeklügelte Ladenetzwerke
- Umweltauswirkungen im Zusammenhang mit Bergbau und Raffination, obwohl mehr Lithiumbatterien recycelt werden
Batteriewechsel versus Aufladen
Bei der Überlegung sind Faktoren zu beachten Batteriewechsel versus Aufladen. Um die gleiche Reichweite pro Ladung zu erhalten, wäre ein Akkupaket von 1/8 der Größe eines Lithium-Ionen-Akkus erforderlich. Aufgrund des geringeren Gewichts von Al-Luft-Batterien können Elektrofahrzeuge weiter fahren, was die Gesamteffizienz erhöht.
Es wird auch einfacher und bequemer, die Batterie an einer leicht zugänglichen Stelle innerhalb des Elektrofahrzeugs unterzubringen, sodass sie bei Bedarf leicht ausgetauscht werden kann. Einige Unternehmen haben die Austauschzeit für die Aluminium-Luft-EV-Batterie auf nur drei Minuten geschätzt, wodurch die Besitzer von Elektrofahrzeugen schnell wieder auf die Straße kommen.
Schätzungen zufolge halten Al-Air-Batterien etwa 5.400 Meilen. Die Frage ist: Warum sollte jemand diesen Weg gehen, anstatt aufzuladen? Mit einem Al-air-betriebenen Elektrofahrzeug können Sie viel weiter fahren, ohne eine Ladestation zu finden. Ein weiterer Grund ist, dass es viel billiger ist, Ihre leere Al-Air-Batterie gegen eine recycelte auszutauschen Kosten für den Austausch einer Tesla-Batterie. Da das einzige austauschbare Teil die Aluminiumplatten sind, die zu 100 % recycelt werden können, zahlen Sie für die gefahrenen Kilometer.
Sind Aluminium-Luft-Batterien die Zukunft?
Es ist möglich, Al-Luft-Batterien in heutigen Elektrofahrzeugen zu verwenden. Diese Batterien werden wahrscheinlich an Popularität gewinnen, da Batteriewechselstationen immer häufiger werden. Bis dahin könnten sie auch verwendet werden, um die Reichweite von Elektrofahrzeugen mit Lithium-Ionen-Batterien zu erhöhen und das Problem zu lösen, dass man aufladen muss, wenn man nicht dazu in der Lage ist.
Letztendlich werden Käufer von Elektrofahrzeugen die Möglichkeit haben, Batterien auszutauschen oder ihre Fahrzeuge aufzuladen, wodurch letztendlich ein vielseitigerer Elektrofahrzeugmarkt zum Nutzen aller geschaffen wird. Dadurch wird sich der Übergang zu einer Welt, die vollständig auf Elektrofahrzeuge basiert, weiter beschleunigen.
