Herausforderung Batterietechnik

Lithium-Ionen-Batterie soll 2025 durch Feststoffbatterie abgelöst werden

Zu der ersten Generation der Batterietechnik gehörten die Blei- oder Nickel-Cadmium-Akkus. Diese spielten zwischen 1996 und 2005 die dominierende Rolle. Nach 2005 löste die Lithium-Ionen-Batterie, die größere Reichweiten erzielte, diese erste Generation der Batterietechnik ab. Zurzeit versucht die Automobilindustrie diese Technik weiter zu optimieren (Reichweite, Gewicht, Lebensdauer und Preis).

Die Haupthoffnung der Automobilindustrie basiert jedoch auf der Feststoffbatterie, die wohl gegen 2025 serienreif werden könnte und somit die dritte Generation der Batterietechnik darstellt. Die Lithium-Ionen-Batterie hat nach wie vor den Nachteil, dass sie für hohe Reichweiten recht groß ausfällt. Je größer der Akku dimensioniert ist, desto länger ist seine Lebensdauer. Es gilt allerdings auch, je höher das Gewicht, desto höher sind die Kosten. Kleine Akkus bringen nur eine geringe Reichweite und haben eine kurze Lebensdauer, kosten jedoch weniger Geld. Lithium-Ionen-Batterien haben zudem den Nachteil, je schneller sie geladen werden, desto höher ist der Verschleiß. Allerdings gibt es keine verlässlichen Aussagen, wie viele Schnellladungen die Lebenszeit verkürzen.

Hersteller, wie Citroën, Peugeot und BMW geben zurzeit auf Lithium-Ionen-Batterien eine Garantie von acht Jahren bzw. eine Laufleistung von 100.000 Kilometern. 100.000 Kilometer sind für Firmenfahrzeuge, die steuerbegünstigt werden sollen, oftmals zwischen zwei und vier Jahren erreicht. Acht Jahre Batteriegarantie entspricht auch nur der Hälfte der Lebensdauer eines Automobils. Also muss diese spätestens dann erneuert werden und das führt zu erheblichen Kosten.

Die Festkörper-Akkus haben gegenüber der Lithium-Ionen-Batterie mehrere Vorteile. Ein fester Elektrolyt (Polymer, Keramik oder Glas) hat keine Dendritenbildung. Dendriten sind typische Alterserscheinungen von Akkus, die durch Ablagerungen von Material an den Elektroden entstehen. Die Dendritenbildung ist derzeit ein wichtiges Forschungsthema und es wird versucht, die Mechanismen des Wachstums der Dendriten zu verstehen und die Auswirkungen bei zukünftigen Zellen zu minimieren. Da bei einem Festkörper-Akku nahezu keine Dendriten entstehen, kann auch ein anderes Anoden- und Kathodenmaterial verwendet werden und das spricht für eine höhere Speicherkapazität und somit für eine höhere Energiedichte. Zudem wird bei Prototypen Natrium statt Lithium verwendet, was wiederum positive Auswirkungen auf die Kosten hätte. Die Automobilhersteller konzentrieren sich daher mehr auf die Feststoff-Batterie und sehen die Lithium-Ionen-Batterie als reine Übergangstechnik, bis die Feststoff-Batterie marktreif ist.

Der Vorstandsvorsitzende des Volkswagenkonzerns, Herbert Diess, machte in einem Interview mit dem Handelsblatt hierzu folgende interessante Anmerkungen: „Wir bei Volkswagen haben entschieden, dass wir in die nächsten Generationen der Batterie, die sogenannten Feststoffzellen investieren. Zunächst wird eine Pilotfertigung in den USA aufgebaut, gegen 2025 werden wir damit voraussichtlich auch nach Europa kommen.“ Volkswagen rechnet damit, dass im Jahr 2025 der Elektrofahrzeuganteil bei 10 Prozent seiner Produktion liegen wird. Nach 2021 will der VW-Konzern 220.000 bis 230.000 E-Autos verkaufen, um die Kohlendioxidgrenze von 95 Gramm, die dann gilt, in der Fahrzeugflotte einzuhalten. Zurzeit geht es den Automobilherstellern im Wesentlichen darum, wie sie Strafzahlungen nach 2022 vermeiden können und deshalb will man einen gewissen E-Anteil in der Flotte. Hilfreich wäre beispielsweise auch eine Förderung von E-Dienstwagen, über die derzeit diskutiert wird. „Eine solche steuerliche Förderung würde der Elektromobilität einen richtigen Schub geben“, sagte Heribert Diess in einem Interview. Das heißt, die Automobilindustrie will letztlich über die E-Mobilität in den Firmen-Fuhrparks die Flottenziele nach 2022 erreichen. Folglich wird es spannend, ob die Lithium-Ionen-Batterien, die eine Übergangstechnik sind, nach 2022 auch den hohen Laufleistungen der Kfz-Firmenflotten gerecht werden können. 100.000 Kilometer Laufleistungsgarantie ist für ein Firmenfahrzeug im Grunde zu wenig.

In dem Interview fordert Herr Diess die Zulieferer, wie Bosch, Continental oder ZF Friedrichshafen auf, in die Batterietechnologie zu investieren. Doch Bosch hat bisher abgewunken und erklärt, dass man keine eigene Fertigung aufbauen wird. Auch ZF Friedrichshafen hat keine entsprechenden Pläne für eine Lithium-Ionen-Batterie in Deutschland. Lediglich Continental denkt darüber nach, allerdings erst über die Feststofftechnologie, die als Technik der nächsten Generation gilt. Die Entscheidung diesbezüglich wird allerdings erst nach 2020 fallen. Lediglich der chinesische Hersteller CATL will eine Lithium-Ionen-Produktion in Thüringen aufbauen. Ob und wann das geschieht, bleibt zu beobachten. Elmar Degenhart, Chef von Continental, sieht in der Lithium-Ionen-Batterietechnik keinen Sinn. „Die heutige Energiedichte von Lithium-Ionen-Zellen von 300 Wattstunden pro Liter lässt sich theoretisch verdoppeln. Die ersten mit 500 Wattstunden werden bald auf den Markt kommen. Aber selbst das wird nicht reichen, um Elektroautos wettbewerbsfähig zu machen“, so der Conti-Chef. Gut 1.000 Wattstunden müssten es sein, das gehe nur noch mit der zu entwickelnden Feststoffzelle. Continental sucht nun für die Entwicklung der neuen Batterie Kooperationspartner und setzt auf die Förderung der Politik. Auch Daimler forscht weiter. „Es geht in Richtung Feststoffbatterien“, sagte eine Daimler-Sprecherin, so das Handelsblatt. Ob die Automobilkonzerne ihre Zielvorgaben tatsächlich einhalten und in 5 bis 7 Jahren Feststoffbatterien in die Serienproduktion gehen, das sei jetzt noch nicht klar, so Uwe Sauer von der Technischen Hochschule in Aachen.

Nach 2025, wenn die derzeit diskutierten neuen EU-Grenzwerte (76 Gramm CO2) gelten, die eventuell auch auf eine E-Quote für Fahrzeuge hinauslaufen könnte, hofft die Automobilindustrie auf die Feststoffbatterie. Ob diese bis dahin kommt oder nicht, weiß zurzeit niemand. Fakt ist, dass die Lithium-Ionen-Batterie eine Übergangstechnik ist und diese im Laufe des nächsten Jahrzehnts ihre Schuldigkeit getan haben wird. Diese Autos gilt es dann zu entsorgen und die Kunden darauf vorzubereiten, dass sie in eine alte Technik investiert haben. Die Fachzeitschrift Auto Motor Sport stellte Folgendes fest: „Für viele gelten die modernen Lithium-Ionen-Akkus nur als Brückentechnologie mit Verfallsdatum. Deutsche Entwickler sollen schon 2019 erste Ergebnisse für Feststoffbatterien präsentieren. Auch VW investiert in die neuen Superakkus. Die neue Batterietechnik verspricht also eine rosige Zukunft, wenn sie dann marktreif ist. Zweiflern und Zögernden gießt sie aber erst einmal Öl ins Feuer. Warum in den kommenden Jahren viel Geld für ein Elektroauto mit Lithium-Ionen-Akku ausgeben, welches sich dann aufgrund der bald veralteten Batterietechnik ähnlich schwer wieder verkaufen lässt, wie heute ein alter Diesel? Es bleibt abzuwarten, ob wir dann wieder Kaufanreize seitens der Autohersteller oder gar eine staatlich subventionierte Abwrackprämie erleben“, spekuliert die Zeitschrift Auto, Motor, Sport.

Zu bedenken gilt auch, dass die Feststoffbatterie eine ganz andere Ladesäulenlandschaft braucht als die heutigen Lithium-Ionen-Batterien. Die Feststoffbatterien können in wenigen Minuten aufgeladen werden, sodass diese Säulen eine wesentlich höhere Ladeleistung haben müssen. Das heißt, wer heute in Lithium-Ionen-Technik investiert und hierfür eine Infrastruktur aufbaut, sollte sich auch Gedanken machen, was er mit den Ladesäulen macht, wenn die wirklichen Schnellladesäulen (350 kW) für die Feststoffbatterie eines Tages in den Markt kommen.

Auch vor dem Hintergrund, dass die Batterietechnik noch nicht die Endstufe erreicht hat, muss die Politik weiterhin Biokraftstoffe und synthetische Kraftstoffe im Auge behalten. Durch die Beimischung dieser Kraftstoffe, könnten Otto- und Dieselmotoren einen Beitrag zu weniger CO2-Ausstoß leisten. „Damit wir es schaffen, die CO2 Emissionen zu senken, ist es wichtig, alle CO2 freien oder CO2 armen Technologien zu fördern. Wir müssen hier weiter und vor allem technologieoffener als bisher denken“, so der niedersächsische Wirtschaftsminister in einem Interview. Synthetische Kraftstoffe hätten ein riesiges Potential für das Ziel einer emissionsarmen Mobilität, so der Minister.

Die Problematik, dass wir in der Zwischenzeit im Kobalt-Bereich von Ländern, wie Kongo, Russland und Kuba abhängig werden, lassen wir einmal außen vor. Auch im Lithium-Bereich sind wir auf Länder wie Chile, China und Australien angewiesen. Das heißt, das Argument „Weg vom Öl“ und somit weg von der Abhängigkeit von anderen Ländern, zieht auch nicht, denn diese bleibt aufgrund der vorstehend genannten Rohstoffe weiter bestehen.

Von | 2018-10-19T11:37:28+00:00 19. Oktober 2018|Kategorien: Kraftstoffe, Preisentwicklung, Märkte|