Die Nachfrage für Lithium und Kobalt steigt immer weiter an.

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Alternative Batterie-Ressourcen Sind Lithium-Ionen-Batterien bald Vergangenheit?

23.03.2018

Lithium und Kobalt sind die wesentlichen Bestandteile von Lithium-Ionen-Batterien. Durch die erhöhte Nachfrage beider Elemente könnte deren Verfügbarkeit aber bald kritisch werden, das zeigt auch eine aktuelle Analyse von Forschern des vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) gegründeten Helmholtz-Instituts Ulm (HIU). Dieser Ressourcendruck könnte jedoch mit kobaltfreien Energiespeichermaterialien und Post-Lithium-Technologien, die auf unkritischen Elementen wie Natrium oder Magnesium, aber auch Zink, Kalzium und Aluminium basieren, verringert und langfristig umgangen werden.

Neben Lithium ist Kobalt in Lithium-Ionen-Batterien ein wesentlicher Bestandteil der positiven Elektrode und ausschlaggebend für die Energie- und Leistungsdichte sowie Lebensdauer. Dabei ist die geringe Verfügbarkeit und hohe Toxizität von Kobalt problematisch.

Kobald-Reserven reichen nicht aus

Die Studienleiter Professor Stefano Passerini und Dr. Daniel Buchholz sind sich sicher dass die stetig voranschreitende Marktdurchdringung von Lithium-Ionen-Batterien für mobile und stationäre Anwendungen, insbesondere bei Lithium und Kobalt, zu einer gesteigerten Rohstoffnachfrage führt. Anhand einer Szenario-basierten Analyse bis 2050, zeigten die Forscher für verschiedene Anwendungen von Batterien auf, dass die Ursache für den Preisanstieg und die Knappheit von Kobalt darin liegt, dass die Nachfrage in den kommenden Jahren voraussichtlich zweimal so groß sein wird wie die heute identifizierten Kobalt-Reserven. Auslöser hierfür ist der Bedarf nach Lithium-Ionen-Batterien. Hingegen die heute identifizierten Lithiumreserven könnten ausreichen, wenn die Produktion stark hochskaliert wird.

Schonender Umgang mit Ressourcen

Beide Elementreserven weisen eine starke geografische Konzentration auf und befinden sich in Ländern, welche als politisch weniger stabil eingestuft werden. Aufgrund dessen ist eine Verknappung und damit verbundene Preissteigerung von Lithium-Ionen-Batterien in naher Zukunft zu befürchten. Der Forscher Daniel Buchholz sieht es als unerlässlich an, die Forschungsaktivitäten auf alternative Batterietechnologien auszuweiten, um diese Risiken zu verringern und den Verbrauch von Kobalt- und Lithiumreserven zu reduzieren.

Die Forschungsergebnisse bestätigte zudem ein weiteres globales Szenario für Batterieanwendungen im Bereich der Elektromobilität bis zum Jahr 2050. In der Preisentwicklung spiegelt sich die Ressourcenverknappung wieder, so stieg innerhalb eines Jahres der Preis für Kobalt um mehr als 120 Prozent. Die Etablierung einer zirkularen Batterieökonomie mit hoher Recyclingrate könnte diesen Druck auf kritische Materialien abbauen.

Antrag für Entwicklung von Alternativ-Batterien gestellt

Beide Studien unterstreichen die Bedeutung neuer Batterietechnologien, die auf reichlich vorhandenen, günstigen und ungiftigen Elementen basieren und dadurch den Druck auf kritische Ressourcen verringern. In diesem Zug haben das KIT und die Universität Ulm gemeinsam den Antrag für einen Exzellenzcluster erarbeitet, welcher die Entwicklung von Natrium-Ionen-, Magnesium-Ionen- und anderen Batterien, basierend auf reichlich vorhandenen Materialien verfolgt. Auch das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoffforschung und die Justus-Liebig-Universität Gießen sind daran beteiligt.

Bildergalerie

  • Regionen mit hoch konzentrierten Reserven. Das Lithium-Dreieck in Südamerika und für Kobalt, der Kupfergürtel in Zentralafrika.

    Bild: Nature Reviews Materials, Macmillan Publishers Limited

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