Calcium-Ionen-Akkus: Die Zukunft der Batterietechnik?
Lithium-Ionen-Akkus sind aus der modernen Welt kaum wegzudenken. Sie stecken in Smartphones, E-Bikes, E-Autos, Akkuschraubern, Vapes und vielen anderen Geräten, die sie mit Energie versorgen. Allerdings sind Lithium und andere Inhaltsstoffe dieser Batterien selten und stammen oft aus problematischen Quellen. Alternativen wie Natrium-Ionen-Akkus haben oft nicht die nötige Energiedichte, um Akkus auf Lithium-Basis zu ersetzen. Eine Abhilfe könnten hier Calcium-Ionen-Akkus (kurz: Calcium-Batterien) bieten.
Lithium ist auf den ersten Blick das ideale Material für einen Akku, da es das stärkste negative Redoxpotential („Redox-Spannung“) aller Elemente hat. Das Redoxpotential von Calcium ist aber nur geringfügig schwächer und Calcium gibt bei seiner Oxidation 2 Elektronen ab – im Gegensatz zu Lithium, das nur 1 Elektron abgeben kann. Daher lassen sich theoretisch mit einer Calcium-Batterie bei vergleichbarer Zellspannung deutlich mehr Amperestunden erreichen. In der Summe kann sich dadurch eine höhere Energiedichte ergeben.
Dabei ist Calcium eines der am häufigsten auf der Erde vorkommenden Elemente. Unter anderem ist es ein Hauptbestandteil von Kalk, der auch in Deutschland allgegenwärtig ist – beispielsweise als Ablagerung an Heizstäben von Waschmaschinen. Auch viele andere Materialien, die für den Einsatz in den Elektrolyten, Kathoden und Anoden von Calcium-Batterien diskutiert werden, sind deutlich günstiger und weniger umweltschädlich als beispielsweise das in vielen Lithium-Ionen-Akkus verwendete Kobalt.
Nachteilig an Calcium-Ionen-Akkus ist, dass an ihnen noch intensiv geforscht werden muss, bevor sie zur Serienreife gelangen. Es wurden im Labor zwar bereits Experimente mit Calcium-Batterien gemacht, die bis zu 700 Ladezyklen überstanden haben, Kunden erwarten aber mindestens das doppelte. Außerdem kamen bei den Laborexperimenten noch keine fertigen Batterien zum Einsatz, sondern einzeln gefertigte Fasern. Derzeit wird noch an einer Vielzahl an Materialien für Elektroden und Elektrolyte geforscht.
Inwiefern Calcium-Batterien sicherer sein werden als aktuelle Lithium-Ionen-Akkus, lässt sich aktuell noch nicht abschließend sagen.
Gut zu wissen: Neben den Calcium-Ionen-Akkus werden auch Blei-Calcium-Batterien teilweise als Calcium-Batterien bezeichnet. Bei diesen handelt es sich aber lediglich um verbesserte Blei-Säure-Batterien, die schon lange im Einsatz sind.
