Fortschritte bei der Verwendbarkeit großer Akkumulatoren

Während Akkumulatoren bislang nur in Kleingeräten verbreitet waren, zeichnet sich nun am Horizont eine Nutzung dieser Systeme auch in Fahrzeugen zu Land, zu Luft und zur See ab. Maßgeblich dafür sind laufende Forschungs- und Erprobungsanstrengungen, die eine praktische Bedeutung in diesem Bereich immer greifbarer werden lassen.

Wenn das Wort „Akku“ fällt, denken die meisten vermutlich nur an die mehr oder minder kleinen, wiederaufladbaren Energiespender in ihren elektronischen Geräten, die eine mobile Nutzung abseits einer dauerhaften Verbindung zum Stromnetz ermöglichen. Diese Fähigkeit war in Kombination mit Elektromotoren aufgrund diverser Vorteile schon zu Beginn des 20. Jahrhunderts auch für Fahrzeuge interessant, jedoch standen ihr dereinst nicht praktikabel lösbare technologische Nachteile gegenüber. Akkumulatoren waren bislang stets zu schwer, speicherten zu wenig Energie und es bedurfte zu langer Zeiträume, um sie wieder aufzuladen. Genau das befeuerte auch den Erfolg von Fahrzeugen, die fossile Brennstoffe als Energieträger nutzten, Akku-gestützte Fahrzeuge blieben lange unbeachtet.

Automobile

Nachdem in dem vergangenen Jahrzehnt aber frischer Wind neuen Forschungseifer gesät hat, sprießen nun die ersten Früchte davon aus dem Boden. Beispiel hierfür wäre etwa eine Innovation des kalifornischen Elektroautoherstellers Tesla. Dieser hat eine Ladetechnik für seine Automobile entwickelt, mit der die Ladezeit für die Akkumulatoren drastisch gesenkt werden konnte. Während zuvor an einer üblichen Ladestation fünf Stunden nötig waren, um den Akkumulator nur zur Hälfte zu laden, so ermöglicht die neue Technologie das nun innerhalb von dreißig Minuten. In einem Interview mit der Seite MIT Technology Review meinte der Chef der Tesla'schen Technologieabteilung zudem, dass es in nahe Zukunft eventuell möglich sei, die Gesamtladezeit des Akkumulators auf einen Rahmen von fünf bis zehn Minuten abzusenken.

Grund für die Entwicklung war die hohe Energiedichte des Tesla-Akkumulatoren, die bei Ladestationen mit herkömmlicher Technologie für lange Ladezeiten sorgte. Da Tesla jedoch laut Eigenangabe alle wesentlichen Komponenten selbst entwickelt und herstellt, konnte hier ein speziell auf die Bedürfnisse der eigenen Automobile zugeschnittenes Ladekonzept entwickelt werden. So wurde die Ladeleistung von den ansich üblichen 30 bis 40 Kilowatt auf 120 Kilowatt angehoben, die Umwandlung vom Wechselstrom aus dem Netz in den für das Auto notwendigen Gleichstrom erfolgt nun in einem externen Gleichrichter. Durch die höhere Ladeleistung musste auch die Kühlung des Akkumulators angepasst werden. Zudem musste eine komplexe Abstimmung der Kommunikation zwischen Bordelektronik und der Ladestation für einen optimalen Ladevorgang implementiert werden, um Schäden am Energiespeicher durch Überhitzung zu vermeiden.

Um die großen Energiemengen, die bei solch einem Ladevorgang innerhalb kurzer Zeit abgerufen werden, besser abfedern und das Stromnetz entlasten zu können, will man die Ladestationen zudem mit Solarpanelen und eigenen Energiespeichern ausrüsten.

Flugzeuge

Doch auch im Sektor der Luftfahrt arbeiten Forscher an der Verwendung von elektrischer Energie zur Fortbewegung. Bei den Flugzeugen ist hier beispielsweise ein Projekt von EADS und Siemens einschlägig, bei dem man ein Propellerflugzeug mit einem bei Automobilen schon gar nicht mehr so unüblichen Hybridsystem ausgestattet und erfolgreich getestet hat. Bei Flugzeugen standen Elektromotoren bislang stets vor dem Problem, dass sowohl sie selbst als auch ihre Energiespeicher zu schwer und zu ineffizient für den Einsatz in Flugzeugen waren. Durch die fortwährende Entwicklung dieser Komponenten war es nun aber besagtem Joint-Venture möglich, ein zweisitziges Kleinflugzeug zu bauen, dass mit konventionellen Flugzeugen der selben Größenklasse in puncto Reichweite – hier: 900 Kilometer – und Nutzlast mithalten kann.

Sein Vorteil gegenüber herkömmlich angetriebenen Propellerflugzeugen liegt in der merklich geringeren Geräuschentwicklung und dem um bis zu 25 Prozent gesenkten Spritverbrauch, was das Konzept ökonomisch attraktiv machen dürfte. Der Brennstoffmotor wird nämlich möglichst nahe an seinem Optimum betrieben, etwaig zusätzlich notwendige Antriebskraft steuert der Elektromotor bei – etwa beim Start. Während des Fluges kann darüber hinaus – wie schon auch bei Automobilen – über den Propeller wieder Strom generiert und der Akkumulator aufgeladen werden. Da eine wirtschaftliche Umsetzbarkeit wesentlich am Gewicht und an der Energiedichte der Akkumulatoren hängt, will EADS vor allem letztere weiter steigern. Derzeit möchte man eine Energiedichte von einer Kilowattstunde pro Kilogramm erreichen, was einer Verfünffachung gegenüber herkömmlichen Lithium-Ionen-Akkumulatoren bedeuten würde.

Vorerst wird eine Verwendung solcher Flugzeuge im Alltag von Siemens erst gegen Ende des derzeitigen Jahrzehntes erwartet, mittelfristig seien aber Maschinen mit einer Kapazität von bis zu 100 Personen denkbar. Doch auch turbinengetriebene Flugzeuge könnten durch diese Entwicklungen profitieren, da man bei ihnen solcherart den sogenannten Fan unterstützen und damit Treibstoff sparen könnte.

Schiffe

Bei Schiffen ist der sogenannte dieselelektrische Antrieb zwar schon länger gebräuchlich, allerdings bedarf dieser im Regelfall keines Akkumulators, denn für die Energie sorgt ja das Dieselaggregat. Jedoch existieren Ideen, den Kraftstoffverbrauch von großen Frachtschiffen nicht nur durch die Wiedereinführung von Segeln und Zugdrachen, sondern auch durch die Verwendung von Solarpanelen zu senken. Es existieren zudem vereinzelte Schiffe, die völlig auf Solarbetrieb setzen. Diesen würden leichtere, leistungsfähige Akkumulatoren ein geringeres Gewicht und somit eine höhere Mobilität erlauben.