Elektromobilität Wer baut den Akku der Zukunft?

Elektrochemie ist das Knäckebrot unter den Naturwissenschaften, hart, trocken, unglamourös. Doch sie wird die Mobilität und damit unser Leben radikal verändern - etwa mit der Autobatterie der Zukunft.

BMW

Von Jürgen Pander


Wenig Zeit? Am Textende gibt's eine Zusammenfassung.


Elektroautos sind nach wie vor exotische Erscheinungen. Im vergangenen Jahr wurden in Deutschland lediglich 25.056 Exemplare neu zugelassen, so die Statistik des Kraftfahrt-Bundesamts. Trotzdem herrscht bei den Herstellern Euphorie, was die Zukunft der Elektro-Pkw betrifft.

Einerseits bleibt ihnen gar nichts anderes übrig, wenn sie die von der EU festgelegten CO2-Grenzwerte erfüllen wollen. Andererseits ist der Optimismus durchaus auch technisch begründet: die neuen E-Autos werden nämlich viel leistungsfähigere Batterien haben.

"Im Augenblick sind Lithium-Ionen-Batterien der Maßstab, denn sie bieten in Summe die besten Eigenschaften, was Energie, Lebensdauer, Kosten, Sicherheit und Leistung betrifft", sagt Martin Winter, Professor für Materialwissenschaften, Energie und Elektrochemie an der Universität Münster und Doyen der deutschen Batterieforschung. "Zudem halte ich eine Verdoppelung des Energiegehalts in den kommenden sieben Jahren für realistisch." Solche Prognosen lassen die Verkaufsfantasien der Hersteller natürlich aufblühen. Wenn in Kürze Elektroautos mit einer Batterieladung 500 oder 600 Kilometer weit fahren würden, wäre ein zentrales Argument der Strom-Skeptiker entkräftet.

Und es könnte noch besser kommen. An der Uni Gießen wird an Lithium-Sauerstoff- und Natrium-Sauerstoff-Akkus geforscht, die noch mehr Kapazität versprechen und damit die Reichweite eines Elektroautos vergrößern könnten. Allerdings gibt es dabei noch einige Probleme zu lösen - denn Gewicht und Lebensdauer entsprechen noch nicht den Erwartungen. Eine praktische Anwendung jedenfalls ist noch nicht in Sicht.

Die Feststoffbatterie ist der neue Sehnsuchts-Akku

Am Joint Center for Energy Storage Research in Chicago experimentieren Forscher mit Lithium-Schwefel Akkus und damit, Lithium durch Magnesium zu ersetzen. Das israelische Start-up StoreDot will mit Hilfe von Nanomaterialien und organischen Verbindungen eine neue Batterie entwickelt haben, die binnen fünf Minuten Strom für knapp 500 Kilometer Autofahrt aufnehmen kann. Auch das kürzlich gegründete Forschungszentrum Next Energy an der Uni Oldenburg (inzwischen Teil des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt) wird an neuen, effektiveren Stromspeichern arbeiten. Doch auch die Entwicklung dieser Energiespeicher befindet sich noch im Anfangsstadium.

Aktuell gilt die sogenannte Feststoffbatterie als Wunder-Akku der Zukunft. Das US-Start-up Ionic Materials, bei dem erst kürzlich die Renault-Nissan-Mitsubishi-Allianz eingestiegen ist, hat ein festes Polymer als Elektrolyt entwickelt. Vereinfacht gesagt, wird der Akku dadurch sicherer (weil die Brandgefahr gegen null geht), billiger und haltbarer. Toyota hat bereits angekündigt, im Jahr 2022 ein Elektroauto mit Feststoffbatterie auf den Markt zu bringen. Auch VW bereitet sich nach eigenen Angaben auf die nächste Generation der Stromspeicher vor - gemeint sind Feststoffbatterien.

"Wenn konkurrenzfähige Feststoffbatterien im industriellen Maßstab hergestellt und beispielsweise in Elektroautos eingesetzt werden können, würde das eine dramatische Verbesserung gegenüber dem aktuellen Stand der Technik bedeuten", sagt Batterieforscher Winter. Was man aus einzelnen Labors höre, sei vielversprechend. Jedoch: "All diese Ansätze befinden sich noch im Forschungs- und Entwicklungsstadium."

Innovationen kommen fast immer von den Kleinen

Was auffällt bei der Beschäftigung mit den Auto-Akkus der Zukunft: Die neuen Ansätze und innovativen Lösungen für leistungsfähigere Batterien stammen fast immer von Forschungsinstituten oder Start-ups - Letztere meist aus dem universitären Umfeld. Es wirkt, als hätten Autohersteller und Akku-Experten stillschweigend eine Art Aufgabenteilung vereinbart: Die Autohersteller kümmern sich ums Gesamtfahrzeug und den Antrieb, alles, was davor kommt in der Wertschöpfungskette eines E-Autos - Materialien, Batteriezellen und Batterie - wird delegiert.

Inzwischen findet allerdings bei einigen Herstellern ein Umdenken statt. Zunächst wurde die Kompetenz für die Gesamtbatterie, also das komplexe System aus Leistungselektronik, Ladesteuerung, Temperierung und Kapselung, von den Autoherstellern mehr und mehr in die hauseigene Verantwortung geholt. Daimler errichtet derzeit im sächsischen Kamenz für rund 500 Millionen Euro eine zweite Fabrik für Lithium-Ionen-Batterien. Die Zellen dieser Batterien jedoch werden weiterhin importiert.

Es mehren sich jedoch die Stimmen, auch in Deutschland oder Europa eine eigene Zellfabrikation aufzubauen. BMW etwa legte im November letzten Jahres den Grundstein für ein Kompetenzzentrum Batteriezelle, um im eigenen Haus eine elektrochemische Basis zu schaffen. Die Zellherstellung am Fließband ist jedoch noch einmal eine andere Nummer.

Teure Massenfertigung

Felix Kuhnert, Leiter Automotive beim Beratungsunternehmen PWC, erklärt warum: "Um etwa eine Batteriezellen-Fabrik mit einer Produktionskapazität von acht Gigawattstunden Speicherleistung pro Jahr aufzubauen, gehen wir von Investitionen zwischen 800 Millionen und einer Milliarde Euro aus."

Falls der VW-Konzern im Jahr 2025 tatsächlich - wie angekündigt - jedes vierte Auto mit Elektroantrieb ausliefert, entspräche das in etwa einer Batteriekapazität von 150 Gigawattstunden. Allein um diesen Bedarf zu decken, müsste man gleich Dutzende neue Zellfabriken errichten. Selbst große Autohersteller dürften deshalb noch lange Batteriezellen für ihre Elektrofahrzeuge zukaufen müssen.

Dass noch völlig unklar ist, welche Speichertechnologie sich langfristig durchsetzen wird, macht die Investitionsentscheidungen nicht einfacher. "Das ist derzeit noch ein vollkommen offenes Rennen", sagt Automotive-Fachmann Kuhnert. Man könnte ergänzen: Ein Rennen, in dem etliche Start-ups um die beste Position rangeln - und bei dem die großen Autohersteller sozusagen auf der Tribüne sitzen, um sich den aussichtsreichsten Kandidaten auszusuchen.

Zusammengefasst: Die Mobilität der Zukunft hält für die Entwickler noch viele Probleme bereit. Das Größte davon ist zweifellos die Batterietechnik. Denn auf diesem Gebiet gibt es allenfalls ein paar vielversprechende Ansätze. Umso bemerkenswerter ist es, dass die Autohersteller dieses Feld weitgehend anderen überlassen.

insgesamt 349 Beiträge
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eulenspiegel2k17 22.03.2018
1. Batterien sind das eine
Und da glaube ich gern, dass die Zukunft rosig aussieht. Etwas ganz anderes ist die Infrastruktur zum Aufladen. Bei Neuimmobilien kann ich mir die Ladestation noch gut vorstellen, bei den meisten Bestandsobjekten wird es schon sportlicher. Von öffentlichen Anlagen ganz zu schweigen. Und noch ein Punkt. Unser Stromnetz ist gegenwärtig genauso wenig für das Laden von zig Millionen Autos ausgelegt wie seinerzeit für erneuerbaren Strom. Pro Jahr werden im Schnitt 5 Millionen PKW neu gekauft. Wenn das in Zukunft alles Stromer sind, dann viel Spaß.
gronkh 22.03.2018
2. Sitze auf der Tribüne
Ich habe nach ein paar Monaten Wartezeit im Januar meinen Stromer bekommen und werde nicht mehr zu einem stinkenden und vibrierenden Verbrenner wechseln. Sitze die nächsten Jahre locker auf der Tribüne und schaue mir an was da an neuer Akkutechnologie kommt. Ganz egoistisch bin nicht daran interessiert, dass viele EVs zugelassen werden, weil man dann immer eine freie Ladesäule hat, die auch noch kostenlos ist :-))
Kurt-C. Hose 22.03.2018
3. Nun ja
auf einen würde ich bei dem Rennen allerdings nicht mehr setzen: Tesla. Zu früh losgelaufen, zu früh das wasser ausgetrunken... Tesla ist zu kapitalschwach, zu prozessschwach und hat keinerlei Patente. Um sich ein paar vielversprechende Startups zu kaufen (eines wird unter Risikogesichtspunkten nicht reichen) fehlt ihnen die Poswer. Wenn sie Glück haben, überstehen sie liquiditätsmäßig den Sommer, dann ist bei Musk das "Wasser alle" und er kann an die Tribüne treten und erneut Gläubiger suchen, oder er ist aus dem ennen raus. Insofern haben die großen Automobilhersteller bisher alles richtig gemacht. Vor allem Daimler mit seinem joint venture BYD in China.
purple 22.03.2018
4.
Es gibt 2 zentrale NOGO's bei E-Autos. Das eine ist die bezahlbar Batterierkapazität, die direkt mit der Reichweite korreliert - hier müssten 150 -200 kwh Batterien um die 5000.- € kosten und das ist momentan nicht darstellbar - könnte aber theoretisch gelöst werden - wenn auch garantiert nicht vor 2030. Das zweite ist die Ladegeschwindigkeit und die damit verbundene Ladeleistung. Um eine 200kwh Batterie in endlicher Zeit (15min) vollzubekommen bräuchte man 1 MW - wenn das die Batterie aushält - platzen die Netze. Lösbar ist beides mit Brennstoffzellen - aber die sind in Deutschland ja gerade nicht en vogue.
jupp78 22.03.2018
5.
"Die neue Ansätze und innovativen Lösungen für leistungsfähigere Batterien stammen fast immer von Forschungsinstituten oder Start-ups - letztere meist aus dem universitären Umfeld." Das zeugt eigentlich eher davon, dass es hier immer noch Grundlagenforschung ist und man sehr weit von einer Serienreife entfernt ist.
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