Neue Batterietechnologie: Der Akku, der die Reichweite von E-Autos verdoppelt
Der Autozulieferer Bosch stellt diese Woche auf der Internationalen Automobilausstellung (IAA) in Frankfurt eine neuartige Batterietechnologie vor, die nach Angaben des Unternehmens die Reichweite von Elektroautos verdoppelt und die Kosten senkt. Elektrofahrzeuge wie der BMW i3 oder der Nissan Leaf, die heute mit einer Batterieladung im Schnitt etwa 150 Kilometer Reichweite schaffen, sollen dann mehr als 300 Kilometer weit fahren. Gleichzeitig ist der Batteriepack um rund 75 Prozent kleiner und um die Hälfte leichter.
Ein Batteriepack, der heute im Elektrokleinwagen VW E-up etwa 18,8 Kilowattstunden leistet, wiegt stolze 230 Kilogramm. Mit den neuen Bosch-Akkus wären es nur noch rund 115 Kilo, die zudem nur ein Viertel des Bauraumes in Anspruch nehmen - eine enorme Erleichterung für die nach wie vor ziemlich schweren Elektroautos.
Neue Technologie hat enorme Vorteile
Bosch hat für diesen Durchbruch das Startup Seeo aus dem kalifornischen Hayward zu einem nicht näher genannten Preis übernommen.(öffnet im neuen Fenster) Das 35-Mitarbeiter-Unternehmen hat eine neuartige Festkörperzelle für Lithium-Batterien entwickelt und mit mehreren Patenten abgesichert. "Die Festkörperzelle könnte eine entscheidende Durchbruchstechnologie sein" , sagt Volkmar Denner, Vorsitzender der Geschäftsführung der Robert Bosch GmbH.
Der Grund für die Freude: Batterien bestehen aus vielen einzelnen Zellen. In der Zellchemie spielt das Material der Plus- und Minuspole (Anode und Kathode) eine entscheidende Rolle. Bei der aktuellen Lithium-Ionen-Batterie ist die Energiedichte und damit die Leistungsfähigkeit dadurch begrenzt, dass die Anode zu großen Teilen aus Graphit besteht.
Lithium ist, wie mancher aus dem Chemieunterricht noch weiß, ein sehr reaktionsfreudiges Element: Schmeißt man ein Stück in Wasser, verbrennt es unter heftiger Wärmeentwicklung. Um diese Reaktion zu verhindern, ist das Lithium in der Lithium-Ionen-Zelle mit eher reaktionsträgem Graphit geschützt. Das wiederum senkt aber die Energieausbeute der Zelle.
Die neue Festkörperzelle hat in ihrem Inneren eine Anode aus massivem Lithium und ein nanostrukturiertes Verbundmaterial aus Festkörper-Polymeren aus Kunststoffen. In der neuartigen Festkörperzelle fehlen die Flüssigkeit und auch das schützende Graphit. Die reine Lithium-Anode wäre ein großer Innovationssprung im Aufbau der Batteriezelle.
Diese Kombination hat im Vergleich zur herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterie enorme Vorteile:
• Doppelter Energiegehalt
• Die Zelle kann nicht brennen und ist damit sicherer als Lithium-Ionen-Akkus
• Sie ist 75 Prozent kleiner und damit deutlich leichter
• Die Haltbarkeit ist mindestens so gut wie die jetziger Lithium-Ionen-Akkus
Weil die neue Batterie sich zudem weitgehend mit der bekannten Technik in herkömmlichen Lithium-Ionen-Produktionsstätten herstellen lassen soll, halten sich die Kosten in Grenzen. Bosch geht sogar davon aus, dass der Batteriepack von morgen, der mindestens 300 Kilometer Reichweite haben wird, kostengünstiger ist als der, der heute in Elektroautos mit etwa 150 Kilometer Reichweite verbaut ist.
Bosch hat jetzt durch den Kauf des Startups erste Musterzellen, die das Potenzial haben, den hohen Anforderungen der Automobilindustrie an Haltbarkeit und Sicherheit gewachsen zu sein.
Kunden scheuen vor Elektroautos zurück
Ziel des Autozulieferers Bosch ist es, in den nächsten fünf Jahren die Dauerhaltbarkeit des Materials im Alltag zu sichern und dann die Massenproduktion der Zellen aufzubauen. Dabei vertraut der weltgrößte Automobilzulieferer auf das Joint Venture namens Lithium Energy and Power, das Bosch 2014 zusammen mit GS Yuasa und der Mitsubishi Corporation gegründet hat.
Trotz der derzeitigen Ernüchterung auf dem Elektromobilitätsmarkt - die Kunden lassen Elektroautos wegen zu hoher Kosten, kurzer Reichweiten und langer Ladezeiten links liegen - bleiben die Stuttgarter bei ihrer Prognose: Im Jahr 2025 sollen demnach weltweit rund 15 Prozent aller weltweit gebauten Neufahrzeuge einen elektrischen Antrieb haben. In Europa soll sogar ein Drittel aller Autos elektrisch angetrieben werden.
Produktion möglicherweise in Deutschland
Bosch hatte in den vergangenen Jahren gezielt nach einem Unternehmen und Forschern gesucht, die die Zellchemie der Lithium-Ionen-Batterie verbessern. Seit etwa zwei Jahren stehen die Bosch-Verantwortlichen mit dem 2007 gegründeten Seeo und seinem Chef, dem Physiker Hal Zarem, in engem Kontakt.
Es gebe, so ein Bosch-Sprecher, noch mehrere Forschergruppen, die an Festkörperbatterien arbeiteten. Dass die Technik prinzipiell funktioniert, hat beispielsweise das französische Unternehmen Blue Solutions bewiesen, das zum Mischkonzern Bolloré gehört.
Mit welchen Hindernissen Elektroautos kämpfen
Aber niemand ist wohl technisch so weit wie Seeo gewesen und hat funktionierende Zellen vorweisen können, die für den Automobilbereich auch tauglich sind. Diese müssen beispielsweise bei minus 30 Grad genauso funktionieren wie bei plus 40 Grad Celsius. Und sie dürfen nach 1.000 Ladezyklen noch nicht schlappmachen.
Im Unternehmen selbst, so ist zu hören, sei die Euphorie über die neue Technik viel größer, als die öffentlichen Verlautbarungen vermuten ließen. Es sieht ganz so aus, als wenn Bosch jetzt eine Technik im Portfolio hätte, die der Elektromobilität und damit einer umweltfreundlichen Mobilität einen wichtigen Push geben könnte. Martin Winter, Professor an der Universität Münster und wissenschaftlicher Leiter des Meet-Batterieforschungszentrums, hält das Unternehmen Seeo und deren Polymer-Elektrolyt-Technik "für sehr spannend" . "Aber erfahrungsgemäß sind die letzten fünf Prozent der Batteriezellentwicklung die schwierigsten" , sagt Winter.
Wenn die Zellen im Auto funktionieren, steht als Nächstes die Frage an, wo die neuen Batteriezellen hergestellt werden: "Ist der technologische Durchbruch da, werden wir natürlich über eine Zellfertigung nachdenken. Ob Bosch in die Zellfertigung einsteigt, werden wir in den nächsten zwei bis drei Jahren entscheiden" , sagt Rolf Bulander, Bosch-Geschäftsführer. Sie werde dort entstehen, wo die Nachfrage am größten sei. Denn Batteriezellen lassen sich nicht ganz so einfach wie ein Stück Stahl über die Weltmeere karren. "Für den Standort Deutschland wäre es wünschenswert, dass die Zukunftstechnologie Batterie über eine Zellproduktion in Deutschland verankert ist" , sagt der Münsteraner Batterieexperte Winter.