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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.
