![\"Das](\"https:\/\/www.golem.de\/2208\/167395-339516-339509_rc.jpg\" "\\"Akkutechnik:")
Dahinter steckt ein aus Holz hergestelltes Anodenmaterial f\u00fcr Lithium-Ionen-Akkus, das Graphit komplett ersetzen kann oder damit vermischt werden soll. Sie speichern etwas weniger Energie, aber Schnellladung und bessere Leistung bei kaltem Wetter k\u00f6nnten das aufwiegen. Das Material kann auch f\u00fcr Natrium-Ionen-Akkus wie die der schwedischen Firma Altris<\/a> verwendet werden, deren Entwicklung von Northvolt finanziell unterst\u00fctzt wird.<\/p>\n\n\n\n Graphit wird fast \u00fcberall als Anodenmaterial in Lithium-Ionen-Akkus verwendet. Aber es wird gr\u00f6\u00dftenteils in China gef\u00f6rdert und hergestellt, in Europa befinden sich hingegen nur zwei Prozent der Weltproduktion – und ein gro\u00dfer Teil davon im Kriegsgebiet der Ukraine. Alternativen zur Sicherstellung der Akkuproduktion in Europa sind also durchaus gefragt. Au\u00dferdem stellt Graphit als Anode einen Kompromiss dar. Es bringt eine bessere Energiedichte, aber Ladezeit, Sicherheit und Leistung bei K\u00e4lte sind schlechter.<\/p>\n\n\n\n Schon seit 2021 stellt Stora Enso harten Kohlenstoff her<\/a>. Je nach Verfahren entsteht harter Kohlenstoff \u00e4hnlich wie Holzkohle, wenn kohlenstoffhaltiges Material unter Luftabschluss auf 1.000 bis 1.600 Grad Celsius erhitzt wird. Stora Enso verwendet f\u00fcr die Herstellung aber kein reines Holz, sondern Lignin, ein Abfallprodukt aus der Papierherstellung. Das ist ein biologisches Polymer, das Holz seine Stabilit\u00e4t und Best\u00e4ndigkeit gibt. Es muss mit Hilfe von Natronlauge vom Zellstoff abgetrennt werden, aus dem das Papier hergestellt wird.<\/p>\n\n\n\n Es wird gesch\u00e4tzt, dass weltweit rund 50 Millionen Tonnen Lignin pro Jahr<\/a> bei der Papierherstellung anfallen. Fast alles wird verbrannt. Es k\u00f6nnten daraus j\u00e4hrlich etwa 20 Millionen Tonnen harter Kohlenstoff hergestellt werden, im Vergleich zu etwa 1,5 Millionen Tonnen Graphit<\/a>. Graphit wird auch synthetisch bei etwa 3.000 Grad Celsius hergestellt, allerdings mit entsprechend gro\u00dfem Energieverbrauch.<\/p>\n\n\n\n Schon 2021 er\u00f6ffnete Stora Enso eine Pilotfabrik zur Herstellung von hartem Kohlenstoff aus Lignin. 2026 sollen nach aktuellen Pl\u00e4nen 100.000 Tonnen Material pro Jahr hergestellt werden, laut der Firma kann die Produktion auf mehr als 300.000 Tonnen pro Jahr ausgeweitet werden.<\/p>\n\n\n\n Dem Gewicht nach kann harter Kohlenstoff mehr Lithium aufnehmen als Graphit, in der Praxis sind die Werte aber von vielen Faktoren abh\u00e4ngig. Anders als Graphit besteht harter Kohlenstoff nicht aus einem regelm\u00e4\u00dfigen, dichten Kristallgitter gestapelter Kohlenstoffschichten. In der Wissenschaft wird die Struktur von hartem Kohlenstoff mit einem eingest\u00fcrzten Kartenhaus mit Poren verglichen. Die unregelm\u00e4\u00dfige Struktur nimmt dabei etwa 50 Prozent mehr Volumen ein, weshalb Akkus mit hartem Kohlenstoff etwas gr\u00f6\u00dfer sind.<\/p>\n\n\n\n Das gr\u00f6\u00dfere Volumen bringt daf\u00fcr eine Reihe von Vorteilen.<\/p>\n\n\n\n Der erste Vorteil der gr\u00f6\u00dferen Zwischenr\u00e4ume und Poren ist mehr Platz, in denen das Lithium in Form von metallartigen Partikeln gespeichert werden kann. Deshalb kann die Kapazit\u00e4t von hartem Kohlenstoff h\u00f6her sein als die von Graphit, wobei die genauen Zahlen von der Mikrostruktur des Kohlenstoffs und der Akkukonstruktion abh\u00e4ngen. Die gr\u00f6\u00dferen Zwischenr\u00e4ume bieten auch genug Platz f\u00fcr Natrium-Ionen, die zu gro\u00df sind, um zwischen Graphitschichten gespeichert zu werden.<\/p>\n\n\n\n Zweitens k\u00f6nnen die Ionen viel leichter in harten Kohlenstoff eindringen als in die Zwischenr\u00e4ume von Graphit und sich darin auch leichter bewegen. Dadurch k\u00f6nnen Akkus mit hartem Kohlenstoff schneller geladen werden und auch mehr Leistung abgeben. Drittens kann harter Kohlenstoff mit Propylencarbonat im Elektrolyt verwendet werden, das einen niedrigen Schmelzpunkt von -48 Grad Celsius hat und schwer entflammbar ist.<\/p>\n\n\n\n In Akkus mit Graphit in der Anode besteht der Elektrolyt aus einer Mischung aus Ethylencarbonat, das allein erst bei 34 Grad Celsius schmilzt, und leicht entflammbarem Dimethylcarbonat, um die Schmelztemperatur zu senken. Mit Propylencarbonat kann auf solche Zus\u00e4tze verzichtet werden und der Akku funktioniert auch bei niedrigeren Temperaturen. Ein gro\u00dfer Teil der Vorteile von Natrium-Ionen-Akkus gegen\u00fcber Lithium geht auf den unvermeidbaren Verzicht auf Graphit zur\u00fcck, auch wenn Natrium-Ionen im Elektrolyt generell beweglicher sind als Lithium.<\/p>\n\n\n\n Allerdings kommt noch ein Nachteil von hartem Kohlenstoff hinzu. Er hat durch die geringere Dichte und die unregelm\u00e4\u00dfigere Struktur eine gr\u00f6\u00dfere Oberfl\u00e4che als das dichtere Graphit. An der Oberfl\u00e4che des Anodenmaterials kommt es aber immer zu chemischen Reaktionen zwischen dem gespeicherten Lithium und dem Elektrolyt. Dabei bildet sich beim ersten Ladevorgang eine Schicht aus Salzen und Polymeren, die eine gewisse Menge Lithium binden. Je gr\u00f6\u00dfer die Oberfl\u00e4che, desto mehr Lithium geht verloren.<\/p>\n\n\n\n Wie gro\u00df diese Verluste sind, h\u00e4ngt vor allem von der Mikrostruktur der Oberfl\u00e4che und dem verwendeten Elektrolyt ab. Sie k\u00f6nnen durch geschickte Wahl der Reaktionsbedingungen in der Herstellung, zus\u00e4tzliche Beschichtungen und die Optimierung der Akkuchemie verringert werden. Dazu kommt, dass Akkus mit dickeren Anoden auch mit mehr Elektrolyt bef\u00fcllt werden m\u00fcssen, was zus\u00e4tzliches Gewicht mit sich bringt.<\/p>\n\n\n\n Deshalb ist generell davon auszugehen, dass ansonsten gleichwertige Akkus selbst mit gut optimiertem Kohlenstoff etwa 10 bis 15 Prozent weniger Energie speichern als mit Graphit. Deshalb hat sich Graphit in den 1990er Jahren als Anode durchgesetzt.<\/p>\n\n\n\n Diese Verluste k\u00f6nnen allerdings gr\u00f6\u00dftenteils ausgeglichen werden, wenn dem Kohlenstoff schon vor dem Zusammenbau des Akkus etwas Lithium zugesetzt wird. Solche Prozesse wurden bereits entwickelt, weil es \u00e4hnliche Probleme mit den viel leichteren Siliziumanoden gibt. Ein zus\u00e4tzlicher Verbrauch von Lithium ist allerdings unvermeidbar.<\/p>\n\n\n\n Bislang macht Stora Enso noch keine Leistungsangaben zu dem Material. Die Firma will aber auch Mischungen aus Graphit und hartem Kohlenstoff anbieten, die einerseits den Graphitverbrauch senken und andererseits zumindest ein etwas schnelleres Laden der Akkus bei kleineren Kapazit\u00e4tsverlusten erm\u00f6glicht. Auf die h\u00f6here Sicherheit und das bessere K\u00e4lteverhalten von Propylencarbonat als Elektrolyt m\u00fcssen diese Akkus allerdings verzichten.<\/p>\n\n\n\n Selbst wenn sich harter Kohlenstoff f\u00fcr Lithium-Ionen-Akkus nicht durchsetzt, bleiben die Natrium-Ionen-Akkus. Mangels Alternativen und viel niedrigeren Rohstoffkosten spielen Verluste von Natrium in der Anode dort eine kleinere Rolle. Die Leistung der Anode wird allerdings etwas schlechter sein als die der Anoden f\u00fcr die Natrium-Ionen-Akkus von CATL, die aus synthetischem Material hergestellt und f\u00fcr Natrium optimiert wurden. Daf\u00fcr d\u00fcrfte das Material von Stora Enso billiger und schneller verf\u00fcgbar sein.<\/p>\n\n\n\n Abnehmer wird Stora Enso auch ohne Lieferengp\u00e4sse von Graphit finden. Akkus, die bei -20 Grad noch 90 Prozent der Kapazit\u00e4t liefern, d\u00fcrften in Skandinavien f\u00fcr viele Autofahrer wichtiger sein als Akkus mit zehn Prozent h\u00f6herer Maximalkapazit\u00e4t. Und bessere Schnellladef\u00e4higkeit ist manchen Autofahrern ebenso wichtiger als h\u00f6here Reichweite. Vor allem aber galt die Verf\u00fcgbarkeit von hartem Kohlenstoff bislang als wichtiges Hindernis f\u00fcr die Massenproduktion von Natrium-Ionen-Akkus, auch bei Altris. Das w\u00e4re damit beseitigt.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":" Der Akkuhersteller Northvolt ist eine Partnerschaft mit Stora Enso eingegangen, einem finnisch-schwedischen Holz- und Papierverarbeiter. Die Unternehmen gaben in einer Pressemitteilung bekannt, dass sie gemeinsam “holzbasierte Batterien” entwickeln wollen. Dahinter steckt ein aus Holz hergestelltes Anodenmaterial f\u00fcr Lithium-Ionen-Akkus, das Graphit komplett ersetzen kann oder damit vermischt werden soll. 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Harter Kohlenstoff ist ein Kompromiss, der viele Kunden finden wird<\/h3>\n\n\n\n
Durch harten Kohlenstoff geht Lithium verloren<\/h3>\n\n\n\n
Ein Hindernis weniger f\u00fcr Natrium-Ionen-Akkus<\/h3>\n\n\n\n