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Professor Jens Tübke: Es kommt zu einer schrittweisen Verbesserung und Optimierung

Dem Elektroauto gehört die Zukunft, da sind sich die Branchenexperten irgendwie einig. Doch es sei eine Zukunft, die weit mehr biete als eine reine neue Antriebstechnologie: Das Elektroauto sei gar eine Emotion, ein Gefühl, wie die Befürworter schwärmen.
Doch im Rahmen dieses modernen Mobilitätskonzeptes ist nicht alles gefühlsecht. Es gibt noch viele Ungereimtheiten bezüglich des Vertrauens in die Technik. Die Forscher der Fraunhofer-Gesellschaft sind in vielen Forschungsfeldern der Batterietechnik aktiv, von der Entwicklung innovativer Materialien und dem optimalen Aufbau der Batteriezellen über die effiziente Fertigung bis zur nachhaltigen Speicherung der Energie. In der sogenannten Fraunhofer-Allianz Batterien sind 19 Institute organisiert. „Ihr Ziel sei es, bestehende Materialien und vorhandene Technologien weiterzuentwickeln und die Industrie mit innovativen und zugleich praxisnahen Lösungen zu versorgen, führt Professor Jens Tübke, Produktbereichsleiter „Angewandte Elektrochemie“ am Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie ICT und Sprecher der Fraunhofer-Allianz Batterien, aus.

Durchbruch?

In dieser Allianz geht es nicht um spektakuläre neue Erfindungen oder wissenschaftliche Durchbrüche, denn solche seien nach dem derzeitigen Stand der Wissenschaft aktuell kaum zu erwarten. Weltweit gehen die Experten davon aus, dass in den nächsten fünf Jahren schrittweise Verbesserungen an den vorhandenen Materialien, der Konstruktion und der Fertigung von Akkus möglich sein werden, wie es auch von Tübke und der Fraunhofer-Allianz Batterien heißt. Den spektakulären Durchbruch zum Superakku würde daher auch niemand erwarten. Damit liege das vordringliche Ziel darin, die „schrittweise Verbesserung und Optimierung der Batterietechnik“ zu erreichen, sagt Tübke. Dazu experimentieren die Forscher mit neuen Materialien oder neuen Kombinationen von vorhandenen Materialien, wie zum Beispiel für Natrium-Schwefel- oder Lithium-Schwefel-Batterien. „Die Rohstoffe hierfür sind leicht verfügbar und preiswert“, so Tübke weiter. Große Hoffnungen setzen die Experten auch auf sogenannte Metall-Luft-Batterien.
Herkömmliche Batterien erzeugen Strom durch die elektrochemische Reaktion zweier unterschiedlicher Stoffe, Metall-Luft-Modelle benötigen ein Metall wie Lithium oder Zink. Kommt Sauerstoff aus der Umgebungsluft hinzu, steige die Speicherdichte - vor allem Lithium-Luft-Batterien zeigten hier großes Potenzial. „Vielversprechend sind auch Lithium-Schwefel-Akkus. Diese Akkus sind deutlich leichter als herkömmliche Energiespeicher“, sagt Tübke.
Ein weiteres Hauptaugenmerk richten die Forscher auf den Aspekt der Sicherheit, denn solch hochverdichtete und komplexe Batterien könnten in einigen Fällen auch tückisch regieren. Etwa wenn ein kleiner Defekt lange unbemerkt bleibt, aber dann plötzlich einen Brand auslöst. Alleine vier Allianz-Partner arbeiten hier an der Batteriesicherheit.

Sicherheitsaspekt und Elektroautos in Extremsituationen

Vor allem neue Batterietypen und -konzepte müssen getestet werden, bevor sie auf den Markt kommen, um jedes Risiko im Vorfeld auszuschalten, sagt auch Tübke. Denn Crashtests zeigten und zeigen, wie beispielsweise die Batterie eines Elektroautos in Extremsituationen reagiert. „Die Batterien werden gestoßen, gestaucht, gezogen, mit spitzen, scharfen und stumpfen Objekten traktiert und extremen Temperaturen ausgesetzt.“ Ein Thema, das nicht im Fokus der Blicke stehen würde, ist nach Tübke das Batteriemanagement. „Ziel ist es, ein System zu entwickeln, das jederzeit exakt Auskunft über den Ladestand der Batterie gibt und vorhersagt, wie lange die Batterie noch durchhält.“
In welchen Bereichen erwartet Tübke einen wissenschaftlichen Durchbruch? „Wir sind in unseren Projekten auf einem guten Weg und verfolgen vielversprechende Ansätze. Aber alle Experten, die auf dem Gebiet der Speichertechnik forschen, sind sich einig, dass der große Durchbruch zur Superbatterie in naher Zukunft eher unwahrscheinlich ist.“ Das Fazit der Forscher ist klar: Die perfekte Universalbatterie, die leistungsfähig, klein, leicht, sicher, umweltfreundlich und kostengünstig ist, wird es vorerst nicht geben. Akkus, die für den jeweiligen Einsatzzweck optimiert, alltagstauglich und wirtschaftlich sind, aber schon. „In fünf Jahren werden wir vermutlich Batterien herstellen, die mit gleicher Technik und ähnlichen Materialien arbeiten wie heutige Modelle. Sie sind aber deutlich kostengünstiger und von der Systemseite her besser zu managen. Diese Batterien werden sicherer sein, Ladestand und Betriebsdauer werden besser vorhersagbar und das Batterie-Monitoring ist dann exakter und zuverlässiger.“ Darin liege ein großer Fortschritt, denn dies sei für den Praxiseinsatz bei Elektroautos enorm wichtig, so Tübke. Wichtig sei auch der Umstand, dass die Kunden ein entsprechendes Vertrauen haben, um sich ein Elektroauto zu kaufen.

Keine Angst vor Asien

In der Wirtschaft geht aber auch, wenn man Fachzeitschriften Glauben schenken darf, die Angst um vor den Herstellern aus Asien. Vor allem China setze sehr stark auf Elektroautos. Doch Tübke ist vor der Konkurrenz aus Asien „nicht bange“, wie er betont. Asiatische Hersteller würden im Wesentlichen nach den Spezifikationen der internationalen Elektronikhersteller fertigen. Wirklich eigenes Know-how in der Batterieentwicklung sei wenig vorhanden. „Die europäischen Automobilhersteller müssen aber mehr in der Fertigung tun“, sagt der Professor. Sie könnten beispielsweise Materialien wie beschichtete Elektroden, Separatoren und Elektrolyte kaufen und dann den Verarbeitungs- und Herstellungsprozess optimieren. Dies umfasse nach Tübke nicht nur die Lebensdauer und die Leistung der Batterie, sondern, neben der bereits erwähnten Sicherheit, auch die Ladezeit.“ Die ist derzeit noch zu lang. Kein Autofahrer wolle stundenlang an der Ladestation warten, bis der Akku wieder voll ist.
Wie wird also die Batterie in zehn Jahren aussehen? „In den nächsten zehn bis fünfzehn Jahren werden wir im Bereich der Hochvoltspeicher vermutlich noch mit sehr ähnlichen Materialien wie heute arbeiten, doch deren Leistung wird durch neue Verfahrenstechniken wesentlich besser sein. Daneben ist der Energiespeicher der Zukunft leicht zu recyceln, günstiger in der Produktion und deshalb auch für den Endverbraucher wirtschaftlicher.“