Spannendes Rennen um die Lithium-Ionen-Technik

250 000 Elektroautos sehen die Markauguren von Frost & Sullivan bereits 2015 auf Europas Straßen fahren. Hinzu kommen mehrere Hunderttausend Hybridfahrzeuge. Ob diese Einschätzung so eintritt, hängt laut Research-Analyst Anjan Hermanth Kumar im wesentlichen von einem Punkt ab: den Lithium-Ionen-Akkus. Alle Automobilhersteller sind sich einig, dass sie die praktikabelste Lösung für die Autos der Zukunft darstellen, weil sie über eine zwei- bis dreimal höhere Energiedichte verfügen als die bisher verwendeten Nickel-Metallhybrid-Akkus. Außerdem glänzen sie mit einer geringeren Selbstentladung. Die gespeicherte Energie ist auch nach längeren Standzeiten nahezu ohne Verluste sofort verfügbar. So weit die Theorie.

Dennoch gibt es nach wie vor eine Reihe kritischer Punkte, an denen die Industrie arbeitet: die Größe der Batterie, das Temperaturmanagement, die Verlässlichkeit, Langlebigkeit, das Material und die Produktionskosten. „Hier ist bis zur Serienreife noch eine Menge Forschung und Entwicklung notwendig“, sagt Kumar und rät Automobilherstellern und Zulieferer dringend, eng zusammenzuarbeiten, um die geforderten Spezifikationen zu erreichen.

So haben laut Frost & Sullivan die Verbraucher vor allem Angst vor den Hitzeproblemen der Lithium-Ionen-Technik. Doch Fritz Kalhammer, ehemaliger Chefexperte der kalifornischen Luftreinhaltungsbehörde Carb und Experte auf dem Gebiet von Batterie- und Brennstoffzellenantrieben, wiegelt in einem Interview mit dem Stern ab: „Das ist kein prinzipielles Problem. Erstens können Lithium-Ionen-Batteriezellen so konstruiert werden, dass sie einen sehr geringen elektrischen Widerstand und damit auch eine geringe Wärmeentwicklung beim Betrieb haben. Und zweitens werden die Batterien im Auto gekühlt, um den Temperaturanstieg auch bei hoher Leistungsabgabe auf fünf bis zehn Grad zu begrenzen.“ Bei moderaten Außentemperaturen genüge dazu Luftkühlung. Und nur in heißer Umgebung sei eine Klimatisierung mit vorgekühlten Flüssigkeiten erforderlich, um die Batterie-Temperatur unter 40 bis 50 ºC zu halten. Das erhöhe die Lebensdauer und erzeuge ein großes Temperaturpolster von mindestens 150 ºC für die Batteriesicherheit. Kalhammer weiter: „Wärme entsteht ebenfalls, wenn die Batterie geladen wird, doch die Kühlung begrenzt auch dann den Temperaturanstieg. Nur wenn eine Batterie sehr rasch aufgeladen wird, etwa in wenigen Minuten, kann die Temperatur erheblich steigen. Diese Schnell-Ladung mögen auch Lithium-Ionen-Batterien nicht. Es ist also besser, sie über einige Stunden zu laden.“

Auch ein vom Bundesforschungsministerium unterstütztes Konsortium aus den deuschen Firmen VW sowie BASF, Bosch, Evonik, Steag Saar Energie und dem kleinen sächsischen Li-Tec Battery arbeitet an der Sicherheit der Zellen. Um die auftretenden Rauchentwicklungen und Brände zu vermeiden, hat Evonik einen Separator aus einem hauchdünnen keramischen Verbundwerkstoff entwickelt, der die üblichen Separtoren aus Polyolefin ablöst. Zudem kommen hocheffiziente Elektroden und Elektrolytadditive zum Einsatz. Andreas Gutsch, Geschäftsführer von Li-Tec Battery: „Bei dieser Technik geht die Sicherheit nicht mehr zu Lasten der Energiedichte der Zellen.“

Sabine Koll Journalistin in Böblingen

Wem Keramik noch fremd ist, wird staunen, wenn er auf das Automobil schaut: Dort ist sie vielfach der Erfolgsgarant für neue Technologien, ob in der Kühlwasserpumpe, dem Common-Rail-System oder in Klopf- oder Abstandssensoren. Der Grund sind außergewöhnliche mechanische und funktionelle Eigenschaften (Piezoeffekt).