Wie E-Autos die Akkutechnologie beschleunigen

    11. Februar 2019, 13:15
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    Die Batterietechnologie, ein bedeutender Aspekt der Elektromobilität, macht große Fortschritte, die Herausforderungen sind enorm

    As die Verbrennungsmotoren noch nicht so überzeugend liefen, also vor ziemlich genau hundert Jahren, war das Elektroauto ein aufrechter Konkurrent, und zwar mit Blei-Säure-Akkumulatoren. Die hatten aufgrund der geringen Energiedichte als Antriebsbatterie aber sehr bald keine Chance mehr. Blei-Säure-Akkus weisen aber immer noch einen Marktanteil von rund 45 Prozent auf, ein nicht unerheblicher Teil davon betrifft Starterbatterien. Den wichtigsten Schritt in Richtung Effizienz und Brauchbarkeit stellte in de Wirtschaftswunderzeit der Nickel-Cadmium-Akku dar. Er war eine Grundlage dafür, dass sich elektrische und elektronische Geräte erst in großer Menge verbreiten konnten.

    Als nächster Schritt gilt der Nickel-Metallhydrid-Akkumulator, mit zwei wesentlichen Vorteilen: mehr Speicherkapazität und Wegfall des Schwermetalls Cadmium. Nickel-Cadmium-Akkus sind mittlerweile in Europa verboten und wurden auch weltweit überwiegend durch Nickel-Metallhydrid-Akkus ersetzt. Unterschiedliche Energiespeichersysteme auf Lithiumbasis brachten in der Folge eine Verdoppelung der Energiedichte gegenüber der Nickel-Metallhydrid-Technologie. Toyota verwendet aber nach wie vor für seine Hybridsysteme überwiegend Nickel-Metallhydrid-Batterien. Man hat die Technologie sehr gut im Griff und offenbar auch den Preis.

    Boom bei Videokameras

    Der Siegeszug der Lithium-Technologie löste Anfang der 1990er-Jahre einen Boom bei Videokameras aus, während im Automobilbereich noch intensiv an Hochtemperatur-Speichersystemen gearbeitet wurde, etwa Natrium-Schwefel- oder Natrium-Nickelchlorid-Akkumulatoren (zum Beispiel Zebra-Batterie im E-Smart). Die Betriebstemperatur von 300 Grad mag einigen dann doch ein wenig gefährlich vorgekommen sein. Bis 2008 Tesla kam und in Kooperation mit Panasonic Consumer-Lithium-Akkus als Traktionsbatterien für Autos adaptierte und damit die ganze Elektrifizierungswelle im Auto erst in voller Breite auslöste.

    Masse und Macht des Automobils brachten das Thema Akkutechnologie nun erst richtig in Schwung mit einer sekundären Vorzündung am Zweiradsektor. Die Industriepreise für Lithium-Ionen-Zellen sanken von 2010 bis heute von 500 auf 200 Dollar pro Kilowattstunde, eine Schlüsselgröße für die zunehmende Verbreitung.

    Alte Ideen

    Aber wie geht das weiter? Schon ist von neuen Technologien die Rede, an deren Spitze Lithium-Luft-Akkus und Festkörperbatterien stehen. Die Ideen sind uralt, die Realisierung ist eine technologische Herkulesaufgabe. Das große Handicap der elektrischen Speicher gründet nämlich darin, dass sämtliche Reaktionsmedien mitgeführt werden müssen, während sich der Verbrennungsmotor der Umgebungsluft bedient. Es geht also darum, die brandgefährliche Elektrolytflüssigkeit durch ein festes Material zu ersetzen und die Reaktion über zugeführte Umgebungsluft anstatt über eine zweite Elektrode ablaufen zu lassen. Das würde einen heftigen Sprung der Energiedichte bringen, Faktor 7 bis 10 wird gerne behauptet. Die Art, in der dieser Ansatz aber noch immer in der Phase der Grundlagenforschung feststeckt, lässt schon gewisse Parallelen zum hoffnungslosen Fall der Kernfusion erkennen.

    Optimieren

    Deshalb geht es im industriellen Bereich derzeit um andere Fragen, nämlich darum, die gerade erst im Durchbruch befindliche Lithium-basierte Speichertechnologie zu optimieren, den Preis pro kWh weiter zu senken und Energieinhalt und Sicherheit weiter zu erhöhen, dabei aber die Umweltstandards von der Herstellung bis zum Recycling zu verbessern, und zwar global. Das Potenzial zur Umweltzerstörung ist alleine schon aufgrund der enormen Massen an unterschiedlich kritischen Rohstoffen riesig.

    Deshalb muss man auch die neuen Herausforderungen global sehen. So befindet sich das Know-how der Akkuzellen in den Händen der großen asiatischen Player, allen voran Panasonic (Japan), Samsung SDI und LG Chem (Südkorea) sowie CATL (China). Das bedeutet für die europäische Industrie zwar ein Abhängigkeitsverhältnis, das der Erdölabhängigkeit um nichts nachsteht, aber vom Gedanken größerer Unabhängigkeit darf man sich in einer nicht nur technisch immer komplexeren Welt wohl ohnehin verabschieden. (Rudolf Skarics, 11.2.2019)

    • Als 2008 Tesla kam und in Kooperation mit Panasonic Consumer-Lithium-Akkus als Traktionsbatterien für Autos adaptierte wurde die ganze Elektrifizierungswelle im Auto erst in voller Breite ausgelöst.
      foto: apa/dpa-zentralbild/jan woitas

      Als 2008 Tesla kam und in Kooperation mit Panasonic Consumer-Lithium-Akkus als Traktionsbatterien für Autos adaptierte wurde die ganze Elektrifizierungswelle im Auto erst in voller Breite ausgelöst.

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