taz.de

# taz.de -- Akkus für die Smartphone-Industrie: Mit der Energiedichte steigt das Risiko

> Weltweit arbeiten Forscher daran, Energiespeicher noch besser zu machen.
> Die Akkus sollen leistungsfähiger werden, aber auch kleiner.

(IMG) Bild: Der Trend geht zu energiereicheren und noch kleineren Akkus

Brennende Smartphone-Akkus im Flugzeug oder im Uni-Saal sorgten im
vergangenen Jahr für Schlagzeilen. Der südkoreanische Technologiekonzern
Samsung musste weltweit rund 2,5 Millionen Smartphones der Marke Galaxy
Note 7 zurückrufen. Aber nicht nur Samsung hatte Probleme, auch das iPhone
6 Plus von Apple soll in vereinzelten Fällen schon Feuer gefangen haben.
Werden Akkus also zunehmend zu einem Sicherheitsproblem?

„Nein, die Entwicklung in der Akkuproduktion führt nicht zu vermehrten
Zwischenfällen“, sagt Christian Herzog, Technikexperte beim Bundesverband
Informationswirtschaft, Telekommunikation und neue Medien (Bitkom).
„Defekte Akkus und entsprechende Rückrufaktionen hat es immer mal wieder
gegeben.“

Was sich verändert habe, sagt Herzog, sei unsere Wahrnehmung auf die
Problematik, die mit der weiten Verbreitung und permanenten Nutzung der
Geräte einhergehe. Smartphones haben größere Displays, werden intensiver
genutzt und versenden in kurzen Zeitabständen Datenpakete, so Herzog. Und
das zieht ordentlich Strom.

Also gebe es bei der Herstellung von Akkus sowie in der Forschung gewisse
Trends, die das Ziel verfolgen, die Energiedichte von Akkus weiter zu
erhöhen. Eine Entwicklung, die sich gerade am Markt etabliert, ist der im
Handy fest eingebaute Akku.

„Die festverbauten Akkus sind in Folien verpackt und haben weniger Volumen
bei gleicher Kapazität“, sagt Herzog. Die Plastikhülle, die einen
herausnehmbaren Akku umhüllt, könne man sich dann nämlich sparen. Dafür
können Handynutzer die Batterie nicht selbst entfernen. „Die
festeingebauten Akkus haben den Vorteil, dass sie, wenn nötig, nur von
Fachleuten ausgetauscht werden können“, sagt der Technikexperte. Es könne
nämlich vorkommen, dass private Handynutzer einen günstigeren, aber
falschen Akku, oder versehentlich sogar eine Markenfälschung verwenden und
das könne wiederum erhebliche Folgen für die sichere Nutzung des Handys
bedeuten.

## Optimale Raumnutzung

Die Batterien werden also immer kleiner gestaltet, um mehr Raum für andere
Bauteile freizumachen. Das führe aber dazu, dass in diesen
Lithium-Ionen-Batterien, also den Smartphone-Akkus, der Raum optimal
genutzt werden müsse, sagt Henning Lorrmann, Leiter des
Fraunhofer-Forschungs- und Entwicklungszentrums Elektromobilität in Bayern.

Alle Bauteile, die keinen Strom benötigen, würden daher immer dünner und
kleiner gemacht, um mehr Raumvolumen für die aktiven, also stromabhängigen
Komponenten zu schaffen – und damit wieder die Energiedichte zu erhöhen. Je
enger man alle Bauteile in einem Akku verdichtet, desto geringer seien
jedoch die Sicherheitsreserven, sagt Lorrmann.

Ein gutes Beispiel für diese Entwicklung sind die sogenannten Separatoren.
Der Separator im Akku ist eine hauchdünne Kunststofffolie, die den Minuspol
und Pluspol trennt, damit es nicht zu einem Kurzschluss kommt. Bei
Handyakkus ist die Folie mittlerweile in der Größenordnung von nur 10
Mikrometer, also 0,01 Millimeter, angekommen. Hier ist absolute
Präzisionsarbeit angesagt, sagt Lorrmann. Wird die Batterie dann nicht
optimal in das Handy eingebettet, können schon bei geringster Druckausübung
Risse entstehen, die in weiterer Folge wegen fehlender Sicherheitsreserven
Kurzschlüsse und brennende Akkus auslösen können.

Außerdem erkenne man auch in den verwendeten Materialien gewisse Trends,
sagt der Forscher. Ein Beispiel ist die Zusammensetzung der so genannten
NCM-Oxide in den Lithium-Ionen-Akkus. Die Oxide speichern auf der
Pluspol-Seite des Akkus die Lithium-Ionen und setzen sich aus Mangan,
Nickel und Kobalt zusammen.

## Hohe Energiedichten

Dabei ist Nickel für die Energiedichte zuständig. Es gibt verschiedene
Möglichkeiten die Stoffe ins Verhältnis zu setzen, der Trend gehe jedoch zu
Lithium- und Nickelreichen Verbindungen mit hohen Energiedichten, sagt
Lorrmann. Das habe auch Einfluss auf die Sicherheit und die Lebensdauer der
Zellen.

Mit der Frage der Energiedichte hat sich auch das Forscherteam des Paul
Scherrer Instituts und der ETH Zürich beschäftigt. Das Team unter der
Leitung von Claire Villevieille hat ein Verfahren entwickelt, um die
Leistung von Lithium-Ionen-Akkus deutlich zu steigern. In ein oder zwei
Jahren soll die neue Methode für die Hersteller einsetzbar sein, so die
Forscherin.

Was es dazu braucht ist der Einsatz eines Magneten, ähnlich wie ein
Kühlschrankmagnet, welcher in der Grafit-Anode einer
Lithium-Ionen-Batterie, also deren Minuspol, verwendet wird. Der Magnet hat
dabei die Aufgabe, die Grafitflocken einer Anode vertikal und parallel
zueinander auszurichten. So haben die Ionen kürzere Wege. Das bedeutet in
der Praxis, dass das Handy schneller aufgeladen werden könne und der Akku
deutlich länger halte, so die Forscher.

Das Fraunhofer-Institut für Silicatforschung (ISC) forscht derzeit hingegen
mit dem kanadischen Elektrizitätsversorgungsunternehmen Hydro-Québec an der
Entwicklung von Festkörperbatterien – zum Beispiel für den Bereich
Elektromobilität. Bei der Festkörperbatterie wird der üblicherweise
flüssige Elektrolyt gegen einen festen Elektrolyt, beispielsweise aus
Glaskeramik, ausgetauscht. Elektrolyte transportieren in den
Lithium-Ionen-Akkus Ionen kontrolliert zwischen Anode und Kathode, und
leiten so den elektrischen Strom.

## Brandrisiko minimiert

„Ein fester Elektrolyt, welcher gleichzeitig auch die Rolle des Separators
einnimmt, wäre sicherer, da das Brandrisiko so minimiert werden kann“, sagt
Lorrmann. Vor allem multinationale Konzerne wie Apple und Toyota treiben
die Entwicklung der Festkörperbatterien an. Die Energiedichte soll im
Vergleich zu den herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien verdoppelt werden.

Festkörperbatterien könnten das Risiko von Bränden tatsächlich minimieren,
aber mit der neuen Technologie seien wieder andere Herausforderungen
verbunden, sagt Villevieille. Eine dieser Fragen sei, wie schnell die
Elektrolyte leiten oder wie sich der Akku bei starken Temperaturwechseln
verhält. „Festkörperbatterien haben Zukunft, aber es wird noch einige Jahre
dauern, bis diese auf den Markt kommen“, sagt die Forscherin. In kleinen
Dimensionen, wie Chipbatterien, werden diese Akkus jedoch bereits
angewendet.

Egal ob fest eingebauter Akku, neu angeordnete Grafitflocken in Anoden oder
Festkörperbatterien: Die Forschung und Verbesserung von Smartphone-Akkus
verläuft fließend. Der Faktor Sicherheit werde im Entwicklungsprozess
vorausgesetzt, sagt Lorrman. Smartphone-Akkus seien daher die
„High-End-Produkte“ im Bereich der Kleinelektronik.

Schließlich gehe es immer mehr in Richtung der stärkeren Verdichtung, neuer
Materialzusammensetzungen und immer kleineren Bauelementen im
Mikrometerbereich.

9 Jan 2017

## AUTOREN

(DIR) Manuela Tomic

## TAGS

(DIR) Energiespeicher
(DIR) Akku
(DIR) Smartphone
(DIR) Lithium
(DIR) Kobalt
(DIR) Akku
(DIR) Elektromobilität
(DIR) Autoindustrie
(DIR) iPhone
(DIR) Samsung
(DIR) Samsung
(DIR) Samsung
(DIR) Kongo
(DIR) Bolivien

## ARTIKEL ZUM THEMA

(DIR) Kobaltabbau für E-Autos: Schmutzige Deals mit „blauem Erz“

Über die Hälfte des weltweiten Kobalts kommt aus dem Kongo. Die Bevölkerung
profitiert jedoch nicht. Krumme Bergbaugeschäfte prägen den Handel.

(DIR) Umweltbelastung durch Elektroautos: Batterien bauen – und was dann?

Für Elektroautos werden Rohstoffe benötigt, die bisher im Fahrzeugbau kaum
eine Rolle spielen. Nachhaltig wird das Ganze nur durch Recycling.

(DIR) Energiespeicher für E-Fahrzeuge: Neue Elektrolyte für Batteriezellen

Forscher wollen die Energiedichte von Batterien für E-Autos mit neuen
Elektroden- und Elektrolyt-Materialien erhöhen. Auch die Sicherheit spielt
eine Rolle.

(DIR) Volkswagen überholt Toyota: Rekordabsatz trotz Abgas-Skandal

Nun ist es offiziell: Volkswagen hat 2016 gemessen am Absatz seinen
japanischen Erzrivalen Toyota als weltgrößten Autobauer abgelöst.

(DIR) Smartphone-Geburtstag: Eines für alle

Es ist ganz schön sensibel und hat nie genug Speicherplatz: Das iPhone wird
zehn Jahre alt – und hat unser Leben verändert.

(DIR) Samsung Galaxy Note 7: Aus oder Flamme

Samsung zieht bei seinem Smartphone Galaxy Note 7 erneut die Notbremse. Die
Geräte sollen weder weiterverkauft noch ausgetauscht werden.

(DIR) Smartphone Galaxy Note 7: Samsung setzt Handy-Produktion aus

Auch Umtauschgeräte sind schon in Flammen aufgegangen. Nach unbestätigten
Medienberichten steht die Produktion jetzt erst einmal still.

(DIR) Smartphone Galaxy Note 7: Samsung ruft zurück

Ab Freitag sollte das Galaxy Note 7 auch in Deutschland zu haben sein. Doch
Samsung zieht angesichts überhitzter Akkus das neue Modell aus dem Verkehr.

(DIR) Arbeitsbedingungen in Kobaltminen: Kongos blaues Wunder

Eine moderne Batterie braucht Kobalt. Im Kongo wird die Hälfte der weltweit
verarbeiteten Menge gefördert – oft unter unmenschlichen Bedingungen.

(DIR) Lithium-Vorkommen in Bolivien: Der weiße Schatz wird gehoben

Lithiumbatterien sollen Boliviens Wirtschaft fördern. Nach Problemen bei
der Lithiumförderung sind nun die ersten Akkus im Einsatz.