Speichertechnologie
24.07.2019

Forscher entwickeln preiswerte Batterien für Elektroautos

Foto: Fraunhofer IWS Dresden
So sehen die mit der neuen Trockentransfertechnologie beschichteten Elektroden aus.

Trotz vieler Pläne für Batteriefabriken hinkt Deutschland bei der Produktion der Energiespeicher für Elektroautos hinterher. Dresdner Forscher wollen mit einem neuen Verfahren helfen, das zu ändern.

Mit der Batteriefabrik, die der chinesischen Hersteller CATL im thüringischen Erfurt plant, werden ab 2021 endlich auch in Deutschland Batteriezellen für Elektroautos hergestellt. Aber wird es irgendwann diese Schlüsseltechnologie-Produkte auch von deutschen Unternehmen geben? Dresdner Forscher wollen dazu einen Beitrag leisten. Sie haben ein Verfahren entwickelt, das ihrer Einschätzung nach die Batteriezellenfertigung in Deutschland wettbewerbsfähiger machen könnte.

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Asiatische Technologiekonzerne verfügen über jahrzehntelange Erfahrung in der Massenproduktion von Batteriezellen. In diesen Prozessen wird zudem viel Energie verbraucht. Das macht die Fertigung an Standorten mit hohen Strompreisen wie Deutschland kostenintensiv. Doch langsam kommt Bewegung in die Sache. Die Wissenschaftler vom Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik (IWS) wollen Batterien künftig preisgünstiger und umweltschonender herstellen. Sie setzen bei den Elektroden der Batteriezellen an. Im Unterschied zu herkömmlichen Verfahren beschichten sie diese mit einem trockenen Film statt mit flüssigen Chemikalien.

Verzicht auf giftiges Lösungsmittel

„Üblicherweise wird das Aktivmaterial zusammen mit einem Lösungsmittel zu einer Paste verarbeitet und so auf den Stromableiter – eine Metallfolie – aufgetragen“, erklärt IWS-Projektleiter Benjamin Schumm. Das Aktivmaterial ist der Stoff, der beim Be- oder Entladen der Batterie Elektronen aufnimmt oder abgibt. „Die Paste wird dann auf 50 bis 100 Meter langen Trocknern getrocknet – das braucht Platz und Energie. Das ist eine Kosten-Stellschraube, an der man gerne drehen möchte, wenn man diese Batterien effizienter herstellen will“, sagt Schumm.

Bei ihrem Verfahren können die Dresdner Forscher also auf das giftige Lösungsmittel und die hohen Stromkosten verzichten. Denn statt mit Lösungsmitteln wird das Aktivmaterial mit Polymeren vermischt und in einer Walzanlage gewalzt. Durch die Scherkräfte verbinden sich Molekülketten der Po-lymere mit den Elektrodenpartikeln, wie in einer Art Spinnennetz. Um die Batterieelektrode herzustellen, laminiert die Walzanlage die Elektrodenschicht dann direkt auf eine Aluminiumfolie.

Die Prozesskosten würden durch das Verfahren spürbar reduziert, sagt Schumm: „Wir denken aus all diesen Gründen, dass unsere Technologie dabei helfen kann, eine international wettbewerbsfähige Batteriezellproduktion in Deutschland und Europa möglich zu machen.“

Verfahren eignet sich für Festkörperbatterien

Und das Verfahren hat noch einen anderen Vorteil: Es eignet sich auch für die sogenannten Festkörperbatterien. Bei diesem Batterietyp werden statt Flüssigkeiten Feststoffe als Elektrolyte eingesetzt. „Dort kommen feste Elektrolyte zum Einsatz, die sehr sensibel auf die Lösemittel reagieren“, sagt Schumm. Die könne man gar nicht in der Pastenform verarbeiten. In Kombination mit dem Trockenbeschichtungsverfahren habe man schon ganz überzeugende Ergebnisse erreicht – wenn auch noch im kleinen Labormaßstab. „Man hofft, bei der Festkörperbatterie noch nicht so von den Asiaten abgehängt zu sein, wie das bei der Lithium-Ionen-Technologie der Fall ist“, so der Fraunhofer-Projektleiter.

Aber bis deutsche Hersteller möglicherweise mit der Festkörperbatterie die Nase vorn haben, wird noch Zeit vergehen. „Die Lithium-Ionen-Batterie wird in den nächsten Jahren sowohl in der mobilen Anwendung als auch in Elektroautos die Technologie der Wahl sein“, sagt Schumm. Sie sei stabil, habe eine hohe Lebensdauer und Energiedichte.

Innovation passiert auch beim Herstellen

Was die Batterieforschung angeht, ist Deutschland eigentlich gut aufgestellt. An verschiedenen Universitäten, unter anderem im bayrischen Ulm, wird an neuen Batterietypen wie der Natrium-Ionen-Batterie geforscht. Und das Forschungsministerium hat in diesem Monat verkündet, dass in Münster eine Forschungsfabrik für Batteriezellen entstehen soll. Aber: „Alle anderen Technologien, an denen geforscht wird, sind von der Reife her noch deutlich zurück“, so Schumm.

Das Problem, dass die neuen Technologien noch nicht marktreif seien, hätten die asiatischen Hersteller zwar auch. „Aber viel Innovation kommt auch dabei, wenn man einfach mal Zellen herstellt und mit ganz anderen Hürden konfrontiert ist.“ Den Vorsprung der Asiaten aufzuholen, sei deshalb schwierig.

Doch ob die Hersteller nun aus Asien oder Deutschland kommen – irgendwann müssen Batteriezellen in Deutschland hergestellt werden, sagt der Experte: „Wenn Elektroautos in großen Zahlen auf unseren Straßen fahren sollen, dann funktioniert es irgendwann nicht mehr, dass die Zellen dafür in Asien hergestellt werden.“

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Friederike Meier
Keywords:
Batteriespeicher | E-Auto-Batterien | Speichertechnologie
Ressorts:
Technology

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