Das elektromobile Dilemma

Die Erwartung, den Energieverbrauch und damit die CO 2-Emissionen zu reduzieren, knüpft die Politik besonders an den Umstieg auf Elektrofahrzeuge. Doch wann und wie sich die Vision einer klimafreundlichen Mobilität erfüllen wird, weiß niemand

Roland Gaber schaltet vom ersten Gang in den Dritten und kurz darauf in den Fünften. Der Motor seines Wagens antwortet mit einem kaum wahrnehmbaren Surren. Denn unter der Motorhaube seines VW Golfs explodiert kein Benzin- oder Diesel-Gasgemisch; er fährt rein elektrisch. "Den Wagen habe ich nun schon seit über 14 Jahren", sagt der überzeugte nordhessische Elektromobilist, der einst für Siemens Batterieladegeräte ent wickelte und nun beim Fraun hofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik IWES in Kassel arbeitet. Er besitzt etwa ein Prozent aller 1588 auf Deutschlands Straßen fahrenden Elektromobile (Stand Januar 2010): 14 VW CityStromer sowie einen elektrifizierten Audi 100.

Mit ein wenig gutem Willen ist schon heute rein elektrisches Fahren ohne große Komforteinbußen möglich. "Wenn ich beispielsweise in den Ski-Urlaub nach Bozen fahre, nehme ich den Autoreisezug", sagt Gaber. "Die dreißig Kilometer vom Bahnhof zum Hotel fahre ich mit meinem E-Mobil, und dort habe ich eine Stromtankstelle." Was nichts anderes ist als eine normale, öffentlich zugängliche Steckdose. Fährt kein Autoreisezug zu seinem Ziel, an dem er aber dennoch vor Ort mobil sein will oder muss, mietet er sich dort ein Fahrzeug – so wie es fast jeder Fernreisende tut.

Nach einer aktuellen Studie der Gesellschaft für Konsumforschung GfK können sich bereits zehn Prozent der Deutschen über 18 Jahren mit Internetanschluss vorstellen, sich als nächsten Wagen ein Elektrofahrzeug anzuschaffen. Die GfK errechnet ein Absatzpotenzial von 823 000 elektrisch betriebenen Fahrzeugen in den nächsten zwei Jahren. Die Mehrheit wäre sogar bereit, für das Elektrofahrzeug einen Aufpreis von durchschnittlich rund 1000 Euro zu bezahlen. Doch müsste sich der Wagen über eine normale Steckdose aufladen lassen und er sollte mit einer Batterieladung wie vom herkömmlichen Auto gewohnt eine Strecke von 400 Kilometern am Stück zurücklegen können.

Und genau hier liegen die Probleme: Egal wie sinnvoll diese Wünsche sein mögen; unter diesen Voraussetzungen vollelektrisch fahren zu wollen, "dauert sicherlich noch 20 Jahre", schätzt Ulrich Buller. Er ist im Vorstand der Fraunhofer-Gesellschaft zuständig für das Ressort Forschungsplanung und leitet das Verbundprojekt "Systemforschung Elektromobilität", in dem die Organisation für angewandte Forschung ihr Fachwissen rund um die Elektromobilität bündelt. Zum einen wird die Batterie eines Elektromobils noch bis auf unabsehbar lange Zeit sicherlich einige Tausend Euro kosten. Zum anderen wird es wohl noch Jahre dauern, bis ein Elektroserienfahrzeug, das den Vorstellungen der Kunden in Hinblick auf Sicherheit und Komfort entspricht, mit einer Batterieladung 400 Kilometer am Stück zurücklegen kann. Heutige Modelle schaffen normalerweise nur 100 bis 150 Kilometer. Ohne Änderung des Mobilitätsverhaltens jedes Einzelnen wird es daher kurz- und mittelfristig wohl nicht gehen.

Aus dieser undankbaren Diskussion halten sich die Automobilhersteller aber geflissentlich heraus. Das überlassen sie lieber den Wissenschaftlern und Politikern. Gleichzeitig nimmt die Autoindustrie dankbar Zuwendungen aus jedem öffentlichen Fördertopf entgegen, mit dem sich die eigene Forschung finanzieren lässt. Denn um Elektroautos zu bauen, die den Verbrennungsmotor mehr oder weniger eins zu eins ersetzen könnten, ist noch außerordentlich viel Forschung und Entwicklung notwendig.

Der Artikel von Gerhard Samulat wurde dem gerade erschienenen Energie-Sonderheft von Technology Review entnommen. Eine Übersicht über die Inhalte, das Inhaltsverzeichnis und die Möglichkeit zum Bestellen gibt es hier

Wie sauber ist der Elektroantrieb wirklich?

Dass ein Elektromotor effizienter ist als ein Verbrennungsaggregat, ist unstrittig. Doch wie sieht die Energiebilanz aus, wenn man die gesamte Kette von der Stromerzeugung bis zum Rad ("Well to Wheel") zugrunde legt? Laut Greenpeace stößt der elektrische Mini von BMW dann 133,5 Gramm Kohlendioxid pro Kilometer aus, der Strom-Smart rund 90 Gramm. Damit seien sie keineswegs klimafreundlicher als ihre Schwes termodelle mit Verbrennungsmotor.

Was ist dran an dieser Rechnung? Als Verbrauch des Mini setzt Greenpeace die Herstellerangabe von 15 Kilowattstunden auf hundert Kilometern an. Den CO2-Ausstoß des BMW-Partners Vattenfall beziffert Greenpeace mit 890 Gramm pro Kilowattstunde. Aus diesen Zahlen ergeben sich dann in der Tat 133,5 g/km.

Doch die Rechnung ist aus mehreren Gründen irreführend. Erstens: Greenpeace hat die Emissionen für Förderung, Raffinierung und Transport des Sprits unterschlagen. In einer Well-to-Wheel-Betrachtung, die schließlich auch für das Elektroauto angelegt wurde, müssten auf die fossilen Brennstoffe noch einmal 15 bis 20 g/km aufgeschlagen werden. Zweitens: Die angesetzten Emissionswerte von Vattenfall und RWE liegen deutlich über dem Bundesdurchschnitt von knapp 600 g/kWh. Mit deutschem Durchschnittsstrom käme der Mini mit seinen 204 PS auf 89 g/km – ein mit konventionellen Motoren kaum zu erreichender Wert. Drittens: Die Kohlendioxid-Bilanz ist nicht alles. Gerade Dieselmotoren emittieren relativ viel Feinstaub, Stickoxide und Lärm. Zudem entstehen die Emissionen bei der Stromproduktion nicht mitten in Ballungszentren und Wohngebieten.

Und noch ein vierter Grund spricht für Elektroautos: Während sich Spritspar-Technologie bei Verbrennungsmotoren nur langsam von Modellgeneration zu Modellgeneration durchsetzt, schlägt jede Verbesserung des Strommixes unmittelbar auf die Klimabilanz der Elektro- Flotte durch.

Um diesen Prozess zu kanalisieren und zu beschleunigen, eröffnete Bundeskanzlerin Angela Merkel am 3. Mai 2010 die "Nationale Plattform Elektromobilität". Sie soll Netzwerke zur Elektromobilität aus Forschung und Industrie koordinieren sowie Förderprojekte empfehlen. Die Bundesregierung gibt zudem das Ziel vor, dass in zehn Jahren eine Million Elektrofahrzeuge – vornehmlich aus heimischer Produktion – auf Deutschlands Straßen fahren sollen. Abhängig vom Anteil erneuerbarer Energien am Stromverbrauch würde das ein bis zwei Millionen Tonnen Treibhausgase vermeiden helfen sowie fossile Energieimporte im Wert von bis zu 790 Millionen Euro pro Jahr überflüssig machen. Deutschland soll zudem zum weltweiten Leitmarkt für die Elektromobilität werden.

Im Jahr 2030 können nach Vorstellungen der Politiker bereits fünf Millionen Elektrofahrzeuge in Deutschland unterwegs sein; und bis 2050 sollte der Verkehr in Städten überwiegend ohne fossile Brennstoffe auskommen. Die Technologien dazu sind laut Nationalem Entwicklungsplan Elektromobilität in ihren Grundlagen entwickelt.

Sieben Arbeitsgruppen erstellen derzeit Technologie-Roadmaps. Allein für die Batterietechnik wird für die nächsten vier Jahre ein Finanzbedarf von 1,5 Milliarden Euro gesehen, wovon 600 Millionen Euro an öffentlicher Förderung eingeplant sind. Für den Leichtbau kalkuliert die Politik einen Förderbedarf von rund 400 Millionen Euro. Weitere 100 Millionen Euro sind zur Sicherung der Rohstoffe sowie rund 200 Millionen Euro für Schulungsmaßnahmen eingeplant.

Im Juni dieses Jahres benannte Bundesverkehrsminister Wolfgang Tiefensee zudem acht Regionen, in denen Pilotprojekte durchgeführt werden: Hamburg, Bremen/Oldenburg, Rhein-Ruhr (mit Aachen und Münster), Rhein-Main, Sachsen (mit Schwerpunkten Dresden und Leipzig), Stuttgart, München und Berlin-Potsdam. Vielerorts spielen dort die Einbindung des öffentlichen Personennahverkehrs eine maßgebliche Rolle sowie – mangels befriedigend funktionierender Elektroautos – der Versuch, große Teile des Privatverkehrs mit nun neu auf den Markt drängenden, elektrisch betriebenen Fahrrädern oder Rollern zu bewältigen (siehe Seite 142) sowie die notwendige Infrastruktur dafür aufzubauen. Überdies hat die Europäische Union bereits im November 2008 eine fünf Milliarden Euro schwere Green- Cars-Initiative gestartet.

Ähnliche Programme gibt es auf der ganzen Welt: in den Vereinigten Staaten ebenso wie in Japan oder China. So plant die US-Regierung, über die nächsten zehn Jahre allein zwei Milliarden Dollar in die Entwicklung fortschrittlicher Batterien sowie Komponenten für Elektrofahrzeuge zu investieren. China fördert mit einem Milliardenfonds effizientere Antriebstechnologien und unterstützt mit zirka zwei Milliarden Euro den Ausbau von Pilotregionen mit insgesamt mehr als 10 000 Elektrofahrzeugen. Auch Japan lässt sich die Entwicklung verbesserter Traktionsbatterien Millionenbeträge kosten.

Gut angelegtes Geld nach Ansicht der politisch Verantwortlichen. Allein der Markt für Lithium-Ionen-Batterien wird Prognosen zufolge von derzeit etwa 1,4 Milliarden Euro bis 2015 auf vier Milliarden Euro anwachsen. Schon heute macht der Wertschöpfungsanteil der Batterie bis zu 40 Prozent eines Elektrofahrzeugs aus – inklusive elektrischem Antriebssystem und der Leistungselektronik sogar bis zu 70 Prozent, schätzt der Verband der Elektrotechnik, Elektronik und Informationstechnik VDE.

Das weckt Begehrlichkeiten bei der Industrie. Unter der Hand munkeln Insider sogar, dass die Entwickler nun wieder die alten Konzepte hervorkramen, die sie in den 90er- Jahren in den Schubladen verschwinden lassen mussten, nachdem ein Großversuch des damaligen Bundesministeriums für Forschung und Technologie auf der Insel Rügen als gescheitert deklariert wurde. Er umfasste 60 konventionelle Fahrzeuge, die auf Elektroantrieb umgerüstet waren – eines dieser Modelle fährt Roland Gaber heute noch.

Ein Argument gegen das Konzept war, dass mit dem damaligen Strommix die Elektrofahrzeuge zum Teil sogar mehr Abgase produzierten als Autos mit herkömmlichem Verbrennungsmotor. Noch heute warnt der Bund für Umwelt und Naturschutz Deutschland: Stammt der Strom aus Kohlekraftwerken, ist die CO2-Bilanz eines E-Mobils sogar schlechter als die eines Pkw mit Benzinmotor. Unisono betonen daher alle Beteiligten, dass Elektromobilität nur sinnvoll ist, wenn der Strom dazu aus erneuerbaren Energiequellen kommt.

Für eine Million Elektroautos kalkulieren Experten einen Strombedarf von rund drei Milliarden Kilowattstunden. Das macht etwa ein halbes Prozent des derzeitigen deutschen Strombedarfs von etwa 600 Terawattstunden aus. Das würde die Stromnetze kaum belasten, zieht doch bereits der elektrifizierte öffentliche Nah- und Fernverkehr jährlich gut fünfmal mehr Strom aus dem Netz.

Eine Million Elektroautos könnten zudem rund drei Gigawatt sogenannter Regelleistung bereitstellen, wenn die Energieversorger Zugriff auf die Batterien ungenutzter Elektrofahrzeuge hätten – bei einer installierten Kraftwerksleistung von knapp 130 Gigawatt im deutschen Netz. Kommen eine weitere Million Elektrofahrzeuge hinzu, wäre bereits die Leistung aller deutschen Pumpspeicherkraftwerke erreicht. Das soll dazu beitragen, die Stromnetze zu stabilisieren, die wegen zunehmender fluktuierender Einspeiser – beispielsweise aus dezentralen Sonnen- oder Windkraftanlagen – immer öfter auf teure Regelenergie angewiesen sind.

Nach Rügen widmeten sich die deutschen Automobilhersteller der ebenfalls stark vom Staat geförderten Entwicklung effizienter Brennstoffzellen und einer auf Wasserstoff aufbauenden Mobilität – eine Aktivität, die wegen des derzeitigen Hypes um die Elektromobile mittlerweile wieder nahezu in Vergessenheit geraten ist. Deswegen fuhr Deutschland die Batterietechnologie stark zurück. Viele Firmen wurden ins Ausland verkauft. Heute stammen gut 90 Prozent aller Lithium- Ionen-Zellen aus Fernost. Nach Erfolgen der Japaner mit Hybridmodellen üben sich die deutschen Hersteller nun aber in der Rolle rückwärts.

"Bei der Elektromobilität will derzeit jeder mitspielen und jeder will der Schnellste sein", sagt Sven Augustin vom Spezialchemiehersteller Evonik Industries. Alle wollen sie in den nächsten Monaten serientaugliche E-Mobile auf den Markt bringen: Daimler den E-Smart, BMW den Mini-e, Volkswagen den E-Up! und Opel den Ampera.

Die Nase vorn unter den internationalen Automobilkonzernen haben aber die Japaner mit dem i-MiEV von Mitsubishi, der im Oktober 2010 als erstes Elektrofahrzeug der Welt eine europäische Gesamtbetriebserlaubnis erhielt und auf dem Inselstaat bereits unterwegs ist, sowie mit dem Leaf von Nissan, der Anfang 2011 nach Europa kommen soll. Bis dato muss sich der deutsche Kunde aber noch mit zum Teil handgefertigten Unikaten oder Umbauten von Serienfahrzeugen begnügen, wie mit dem VW Golf von Gaber oder dem Stromos von German E-Cars, den dieses Schwesterunternehmen des Automobilzulieferers Fräger aus dem Suzuki Splash entwickelt hat.

Dass sich mittlerweile Chemiker wie Augustin intensiv Gedanken machen über die Mobilität von morgen, zeigt, dass sich die Rahmenbedingungen und Anforderungen in der Autobranche mächtig verschieben – die Elektrochemie gewinnt deutlich an Gewicht.

In der "Nationalen Plattform Elektromobilität" sitzen Chemiker zwei Arbeitsgruppen vor: der Batterietechnologie sowie den Materialien und Recycling. Experten gehen davon aus, dass künftig bis zu dreißig Prozent moderner Automobile aus den Entwicklungslabors der chemischen Industrie stammen. Das betrifft nicht nur die Batteriesysteme, sondern ebenso die Leichtbauweise, also den Ersatz von Blechen oder Glas durch Kunststoffe oder polymerbasierte Faserverbundwerkstoffe.

"Sie müssen deutlich runter mit dem Gewicht der Fahrzeuge", ist sich Augustin sicher. "Sonst wird es nichts mit der Elektromobilität!" Schließlich bestehen Batterien massiv aus Metallen und wiegen oft so viel wie ein ganzer Kleinwagen. Reduziert man das Gewicht des Fahrzeugs jedoch um fünf Prozent, spart man gut drei Prozent Energie ein.

Chemiefirmen wie Evonik wollen die Elektromobilität daher als Treiber für den Leichtbau in der Automobiltechnik nutzen. Denn viele Zulieferer oder Hersteller klassischer Fahrzeug komponenten mauern hier. So haben es Glashersteller beispielsweise geschafft, in die geltenden Richtlinien hineinschreiben zu lassen, dass Windschutzscheiben aus Glas zu bestehen haben. Kunststoffe wären nach Ansicht von Evonik- Mann Augustin jedoch deutlich leichter und ähnlich sicher. Da Renn- oder Experimentalfahrzeuge diesen Einschränkungen nicht unterliegen, kooperiert der Chemieriese beispielsweise mit Herstellern wie Lotus.

Nachdem die deutsche Automobilindustrie in den vergangenen Jahren Trends wie die Hybridtechnik oder kleine, verbrauchsarme Fahrzeuge verschlafen hat, wittert sie nun die Chance, wieder den Anschluss an die elektromobile Weltspitze zu finden. So baut der Daimler-Konzern zusammen mit dem Tochterunternehmen Li-Tec des Spezialchemieherstellers Evonik bei Kamenz in der Nähe von Dresden ein Werk für besonders robuste und leistungsstarke Lithium-Ionen- Batterien. "Wir produzieren jetzt 300 000 Zellen pro Jahr", sagt Li-Tec-Geschäftsführer Andreas Gutsch, der dafür zusammen mit Gerhard Hörpel vom Batterieforschungszentrum der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster und Paul Roth von der Universität Duisburg-Essen für den Deutschen Zukunftspreis nominiert war: "Bis 2011 soll die Kapazität auf 2,3 Millionen hochgefahren werden", prognostiziert Gutsch.

Das würde für gut 23 000 Elektrofahrzeuge reichen; entspricht jedoch weniger als einem Prozent der etwa drei Millionen Pkw, die pro Jahr in Deutschland zugelassen werden, und nur einem Bruchteil der weltweiten Produktion: Laut Studie des Center Automotive Research der Universität Duisburg-Essen werden im Jahr 2015 weltweit insgesamt Produktionskapazitäten für mehr als 2,5 Millionen Batteriesets aufgebaut sein. Aber auch das reicht nur für wenige Promille der über eine Milliarde Fahrzeuge, die dann auf der Welt unterwegs sein werden.

Herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien, die im Wesentlichen für Konsumgeräte wie Laptops, Mobiltelefone oder Digitalkameras entwickelt wurden und daher meist nicht den robusten Umweltbedingungen von Autobatterien ausgesetzt sind, enthalten normalerweise Membranen aus Polyethylen oder Polypropylen. Doch sind diese Kunststoffe temperaturempfindlich: Sie können schmelzen und die Batterie dann Feuer fangen.

Die Autobatterien von Li-Tec enthalten dagegen ein flexibles Kunststoffvlies, auf das beidseitig eine hauchdünne, poröse Schicht aus keramischen Nanopartikeln aufgetragen ist. Das Vlies trennt sicher die Plus- und Minuspole in der Batterie. "Wir sind überzeugt, dass Li-Tec der führende Anbieter von Lithium-Ionen-Technik ist", sagte Daimler- Vorstand Dieter Zetsche bei Unterzeichnung des Kooperationsabkommens, weswegen der E-Smart künftig mit diesen Batterien ausgestattet werden soll.

Es gibt ein weiteres Problem mit Herstellern aus Übersee: Wegen der Brennbarkeit der Lithium-Ionen-Batterien dürfen diese nicht in großen Mengen per Luftfracht transportiert werden. Das Gleiche gilt für die Elektrolyte, deren Flammpunkte oft bei Raumtemperatur liegen. Daher werden die meisten Batterien und Komponenten verschifft. "Die Automobilindustrie arbeitet jedoch meist just in time", erklärt Michael Schmidt, der bei der Firma Merck den Bereich Energetische Materialien managt. Er geht daher davon aus, dass auch in Europa große Kapazitäten zur Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien aufgebaut werden müssen.

Darüber hinaus gibt es an der Batterie am meisten zu verdienen: Sie ist und bleibt auf lange Zeit der teuerste Teil eines Elektroautos; kostet sie mit etwa 10 000 bis 15 000 Euro heute doch allein so viel wie mancher Kleinwagen. Um preislich mit dem Verbrennungsmotor mithalten zu können, muss eine Batterie, mit der man etwa 200 000 Kilometer weit fahren kann, jedoch etwa zwei Drittel günstiger werden. Nach Schätzungen des Li-Tec-Geschäftsführers wird das in 15 Jahren so weit sein – oder vielleicht auch erst in 25.

Zudem weiß noch niemand, wie lange die Batterien wirklich zuverlässig arbeiten. "Das hängt sehr stark vom Verhalten des Nutzers ab", erläutert Petr Novák, Leiter der Sektion elektrochemische Speicher am Schweizer Paul-Scherrer-Institut. Ebenso wichtig sind die äußeren Rahmenbedingungen: Der Eine lebt im heißen Süden, der Andere im frostigen Norden. Beides tut der Batterie nicht gut; sie bevorzugt gemäßigte Temperaturen. Der Eine geht zudem sorgfältig mit der Batterie um, der Andere nicht. "Heute kann niemand garantieren, ob eine Lithium-Ionen-Batterie zehn oder doch 15 Jahre hält", sagt Novák. Der indische Spezialhersteller für Elektroautos, REVA, gibt seinen Kunden daher vorsichtshalber nur eine Drei- Jahres-Garantie.

Diese Unsicherheiten sind derzeit typisch für die Branche. Die Frage, ob diese Technologie jemals kommen wird, stellen sich die Experten jedoch schon lange nicht mehr, sondern ausschließlich wann, wie – und besonders von wem zuerst. Ulrich Buller vom Vorstand der Fraunhofer-Gesellschaft ist zumindest überzeugt: "Wenn wir durch externe Einflüsse – extrem steigende Ölpreise beispielsweise – schneller auf Elektromobilität umstellen müssten, dann hätten wir damit kein Problem. Wir müssten ausschließlich einige unserer liebgewonnenen Gewohnheiten hinsichtlich Reichweite und Verfügbarkeit ändern."

Aber noch ist offen, ob nun leistungsstarke Batterien der Schlüssel zur Elektromobilität sind oder doch Batteriewechselsysteme, wie sie beispielsweise die Firma Better Place um den Ex-SAP-Chef Shai Agassi favorisiert, oder gar Induktionsschleifen in der Fahrbahn, über die die Elektrofahrzeuge ihre Energie beziehen, wie kürzlich eine Arbeitsgruppe des Karlsruher Instituts für Technologie vorgeschlagen hat. Sicher erscheint derzeit nur: Künftige Generationen werden einen anderen Fahrspaß erleben als wir.

Wettbewerb der Batteriekonzepte

Noch gibt es keine Batterie, die bezüglich Energiedichte und Preis mit Diesel oder Benzin mithalten könnte. Die besten heute verfügbaren Akkumulatoren arbeiten mit Lithium-Ionen. "Bis 2025 oder 2030 wird es sicher keine ernsthafte Konkurrenz dazu geben", ist sich Kai-Christian Möller vom Fraunhofer-Institut für Silicatforschung in Würzburg sicher. Heutige Lithium-Ionen-Batterien verwenden meist Lithium-Metalloxide als Kathodenmaterial. Die Anoden bestehen hingegen oft aus Graphit, zwischen dessen Ebenen sich beim Laden Lithium-Ionen einlagern. Zwischen Anode und Kathode befinden sich ein Elektrolyt, meist aus gelösten Lithiumsalzen, sowie ein Kunststoffseparator, der die Elektroden elektrisch trennt, für Lithium-Ionen aber durchlässig ist.

Die Mehrzahl der in Konsumgeräten verbauten Lithium-Ionen-Akkus hat nur eine kurze Lebensdauer. Hochwertige Zellen verlieren aber auch nach Jahren und einigen Tausend Ladezyklen nur einen geringen Teil ihrer Leistung. Generell ist die Lebensdauer unter anderem stark abhängig von der Reinheit der verwendeten Materialien sowie vom Umgang mit dem Akku: Je höher die Temperatur und je voller der Akku, desto eher kommt es beispielsweise wegen parasitärer chemischer Reaktionen zum Ausfall. Weiterentwicklungen wie die Lithium-Polymer-, Lithium-Titanatsowie Lithium-Eisen-Phosphat-Akkumulatoren haben meist höhere Energie- oder Leistungsdichten respektive ein besseres Ladeverhalten, selten aber alles zugleich. Zudem sind sie meist teurer. Als Elektrolyte kommen künftig verbesserte Polymere, anorganische Verbindungen sowie ionische Flüssigkeiten infrage, an denen beispielsweise die Merck KGaA in Darmstadt forscht.

Zunehmend setzen sich zudem Separatoren aus stabilen Polymeren durch, die mit nanostrukturierten Keramiken beschichtet sind. Sie schmelzen nicht so leicht und sind daher sicherer. Nicht nur die Vielzahl an möglichen Materialien für die Elektroden, Elektrolyte und Separatoren macht es schwierig, allgemeingültige Aussagen zu treffen, welches Konzept sich künftig durchsetzt. Auch beeinflussen sich die Batterieeigenschaften stark gegenseitig, sodass beispielsweise die Energiedichte oder auch die Lebensdauer sinken können, wenn man versucht, die Leistungsdichte zu steigern.

Einen entscheidenden Schritt in der Batterieentwicklung haben eventuell die DBM und die lekker Energie GmbH getan, die mit einem Elektrofahr - zeug – einem umgebauten Audi A 2 – mit einer Batterieladung eine Strecke von über 600 Kilometer zurückgelegt haben wollen. Doch gab es bis zum Redaktionsschluss keine näheren technischen Informationen hierzu und auch keine unabhängige Bestätigung.

Wissenschaftler des Massachusetts Institute of Technology berichten ferner, dass sich mit nanometergroßen Drähten ultradünne Lithium-Ionen- Akkus mit der dreifachen Energiedichte herstellen lassen. Und Forscher der Stanford University zeigten, dass Anoden aus Silizium-Nanodrähten eine zehnfach höhere Energiedichte hätten als die aus Graphit. Überdies verkürzten MIT-Forscher in einem Test-Akku die Lade- und Entladegeschwindigkeit auf Sekunden. Doch dürfte es noch Jahre dauern, bis diese Methoden dem Labormaßstab entwachsen.

Langfristig möchten die Entwickler Sauerstoff oder Luft als Aktiv - material nutzen, womit sich Energiedichten um 7500Wattstunden pro Kilogramm erreichen ließen. "Realistisch sind aber eher 1000Wattstunden pro Kilogramm", sagt Gerhard Hörpel vom Batterieforschungszentrum der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster. Was immerhin etwa das Fünffache der Energiedichte der heute käuflichen Lithium-Ionen-Akkus bedeute. Das würde für mehrere hundert Kilometer reichen. Hochleistungskondensatoren – sogenannte SuperCaps – könnten Batterien ergänzen. Sie stellen für kurze Zeit extrem hohe Leistungen und Ströme zur Verfügung. Ihre Kosten sind aber noch sehr hoch.

Eine interessante Alternative zu den Lithium-Ionen-Akkus könnten Redox-Flow-Batterien sein, bei denen flüssige Elektrolyte in separaten Tanks gelagert und erst bei Bedarf einer Reaktionseinheit zugeführt werden, die dann ähnlich wie eine Brennstoffzelle Strom liefert. Die Reichweite hinge nur von der Menge an flüssigen Elektrolyten ab, die man transportieren kann. Das Laden kann an speziell ausgerüsteten Tankstellen erfolgen, ähnlich dem heutigen Tanken. Doch hat das Verfahren noch mit einer relativ geringen Leistung im Vergleich zu modernen Lithium-Ionen-Akkumulatoren zu kämpfen.

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