Könnten Mangan-Batterien die Hauptantriebskraft auf dem Markt für Elektrofahrzeuge werden?

Unverkaufte 2024 elektrische Lyriq-Nutzfahrzeuge stehen in einer Reihe vor einem Cadillac-Händler am Sonntag, 2. Juni 2024, in Lone Tree, Colo. (AP Photo/David Zalubowski)

Lithiumbatterien haben in den letzten Jahren die Elektromobilität revolutioniert. Sie werden auch in anderen Produkten wie Handys, Vaping-Geräten, Solarstromspeichern, elektrischen Zahnbürsten, Werkzeugen und Laptops verwendet.

Im Durchschnitt verbraucht eine Batterie für ein Elektrofahrzeug etwa 8 kg Lithium, aber einige können weit mehr verbrauchen. Einige Tesla-Batterien zum Beispiel verbrauchen etwa 62,6 kg Lithium.

Die Gewinnung von Lithiumbatterien kann teuer und schwierig sein, da für ihre Herstellung große Mengen an Wasser und schwermetallintensive Technologien benötigt werden. Die Gewinnung von Lithium führt außerdem zu Mineralienabfällen, Bodenerosion und Wasserverschmutzung.

Der Lithiumabbau wird in hohem Maße mit unethischen Praktiken wie Kinder- und Zwangsarbeit in Verbindung gebracht, insbesondere in Ländern, in denen das Metall reichlich vorkommt, wie z. B. in der Demokratischen Republik Kongo (DRK).

Darüber hinaus sind die Metalle schwer zu recyceln, was zu einem hohen jährlichen Abfall führt.

Einige Unternehmen bemühen sich nun um Alternativen zu Lithiumbatterien. Dies ist nach wie vor eine Herausforderung, denn Lithium gilt nach wie vor als unverzichtbar für den Übergang zu grüner Energie, und es fehlt noch an Investitionen und der Erforschung neuer Alternativen.

Ist Mangan eine brauchbare Alternative zu Lithiumbatterien?

Manganbatterien haben in letzter Zeit als potenzielle Alternativen zu Lithiumbatterien Aufmerksamkeit erregt. Normalerweise sind Kobalt, Nickel und Lithium die gefragtesten Metalle für EV-Batterien, aber auch Mangan ist nützlich.

Es ist ein Kathodenmaterial in Elektrofahrzeugen, das deren Sicherheitsaspekt, Energiedichte und Kosteneffizienz erhöhen soll. Eine durchschnittliche EV-Batterie besteht aus etwa 20 kg Mangan und 14 kg Kobalt.

Mangan ist billiger abzubauen als Lithium, und es ist viel mehr davon verfügbar. Da der Kobaltabbau mit mehreren Menschenrechtsproblemen behaftet ist und der Großteil des geförderten Nickels für die Verwendung in Elektrofahrzeugen ungeeignet ist, wächst das Interesse an Mangan in Batterien.

Martin Kepman, Vorstandsvorsitzender (CEO) des kanadischen Manganbergbauunternehmens Manganese X Energy Corp, sagte in einem Interview: "Mangan ist ein Kandidat für den Einsatz im Bereich der Lithium-Ionen-Batterien. Es hat elementare Eigenschaften, die das Potenzial haben, die Dichte, Kapazität, Wiederaufladbarkeit, Sicherheit und Langlebigkeit von Batterien zu verbessern. Der Zeitpunkt für die Erschließung eines Manganvorkommens in Nordamerika könnte nicht besser sein.

"Mit dem weltweiten Streben nach umweltfreundlicherer Technologie und der Verringerung des CO2-Fußabdrucks ist Manganese X in der Lage, eine führende Rolle bei der Bereitstellung einer heimischen Manganversorgung für die wiederaufladbare Batterieindustrie einzunehmen, angefangen bei den kleinen Verbraucherbatterien in elektronischen Geräten, Smartphones und Energiespeichern bis hin zur EV- und Hybrid-Elektrofahrzeugindustrie."

Tesla und Volkswagen sind zwei der prominentesten Unternehmen, die derzeit den Einsatz von Manganbatterien erforschen, wobei Elon Musk kürzlich zu Protokoll gab, dass Manganbatterien das "Potenzial" haben, den globalen Wandel voranzutreiben.

Normalerweise wird Mangan in Kombination mit Lithium in einer Reihe von Batterien verwendet, z. B. in Lithium-Manganoxid-Batterien (LMO), Lithium-Eisen-Mangan-Phosphat-Batterien (LiFeMnPO4) und Lithium-Mangan-Spinellen, die eine Kathode darstellen.

Auch Nickel-Mangan-Kobaltoxid-Batterien (NMC) sind derzeit sehr beliebt. Nach Angaben der Internationalen Energieagentur (IEA) haben NMC-Batterien im Jahr 2022 60 % des Marktanteils ausgemacht, während Lithium-Eisen-Phosphat-Batterien (LFP)n fast 30 % und Nickel-Kobalt-Aluminiumoxid-Batterien (NCA) etwa 8 % ausmachten.

Obwohl ein höherer Manganeinsatz eine gute Option sein kann, um den Bedarf an Nickel oder Kobalt in Lithiumbatterien zu senken, wird Mangan derzeit noch überwiegend in Verbindung mit Lithium für Elektrofahrzeuge verwendet. Es könnte also noch mehr Forschung und Entwicklung erforderlich sein, bevor Mangan das dominierende Metall in Elektrofahrzeugbatterien werden könnte.

Einige andere Alternativen zu Lithiumbatterien

Eine weitere aufkommende Alternative zu Lithiumbatterien ist die Natrium-Ionen-Batterie. Sie sind energieeffizient, lassen sich schnell aufladen und sind auch bei extremen Temperaturen stabil, so dass sie einen guten Schutz vor Überhitzung bieten.

Außerdem sind sie wesentlich weniger giftig als andere Batterieoptionen, da sie kein Kupfer, Lithium, Kobalt oder Nickel enthalten, die bei der Gewinnung Umweltverschmutzung verursachen und eine potenzielle Brandgefahr darstellen können.

Diese Batterien speichern jedoch nicht so viel Energie wie Lithiumbatterien, so dass sie sich möglicherweise nicht für eine breite Anwendung eignen. Da Natrium-Ionen-Batterien noch eine relativ neue Batterietechnologie sind, sind ihre Lieferkette und Verfügbarkeit noch nicht so weit entwickelt wie die von Lithium.

Batterien auf Zinkbasis oder Zink-Ionen-Batterien sind eine weitere Batterietechnologie, die in letzter Zeit mehr Interesse gefunden hat. Zink gilt als umweltfreundlicher als Lithium und ist in großen Mengen vorhanden, so dass es billiger und leichter zu fördern ist.

Batterien auf Zinkbasis sind wartungsarm und müssen nicht ständig auf Sicherheits- und Leistungsprobleme überwacht werden. Sie haben einen weiten Betriebstemperaturbereich und eine niedrige Leistungsabgabe, was sie zur idealen Wahl für Anwendungen mit geringem Stromverbrauch wie Taschenlampen und Fernbedienungen macht. Allerdings haben Zinkbatterien im Vergleich zu Lithiumbatterien eine mittlere Dichte, was bedeutet, dass sie möglicherweise nicht so viel Energie speichern können.

Eine weitere Alternative zu Lithiumbatterien sind Festkörperbatterien, die viel kompakter, leistungsfähiger und nachhaltiger sind, insbesondere für Elektrofahrzeuge. Darüber hinaus sind Festkörperbatterien kleiner und leichter als Lithiumbatterien. Sie sind auch sicherer, haben eine höhere Kapazität und Reichweite und eine geringere CO2-Bilanz.

Sie lassen sich schneller wieder aufladen und können in 10 bis 15 Minuten aufgeladen werden, während Lithiumbatterien zwischen 20 Minuten und 12 Stunden brauchen. Der Nachteil ist jedoch, dass Festkörperbatterien in der Herstellung teurer sind und die Lieferketten noch entwickelt werden müssen.