Elektroauto 16.07.2010, 19:47 Uhr

„Im nächsten Jahrzehnt führt kein Weg an Lithium-Ionen-Batterien vorbei”

Das Joint Venture Johnson Controls-Saft liefert ¬Mercedes-Benz und BMW die ersten serienreifen Lithium-Ionen-Batterien für den automobilen Einsatz. Dr. Christian Rosenkranz, seit einigen Wochen Vice President Engineering bei Johnson Controls Power Solutions, leitet die Batterieentwicklung in Europa. Im Gespräch mit den VDI nachrichten äußerte er sich über die Perspektiven der Batterietechnologie.

VDI nachrichten: Alle reden über Lithium-Ionen-Batterien. Sie entwickeln und produzieren sie. Wo stehen Sie heute?

Rosenkranz: Wir liegen bei einer Energiedichte von 150 Wh/kg. In naher Zukunft wollen wir auf 200 Wh/kg kommen, die Laptop- und Handyakkus schon erreichen. Die werden allerdings nach drei Jahren gewechselt, während Autobatterien zehn Jahre und ungleich mehr Zyklen durchhalten müssen.

Welche Hebel haben Sie zur Steigerung der Leistungsdichte?

Vor allem spannungsfeste, alterungsbeständige Elektrolyte und neue Materialien für Kathoden und Anoden. Um die Reaktivität zu steigern, sind maximierte Oberflächen gefragt. Zudem wollen wir die Interkalation (Einlagerung, Red.) des Lithiums steigern, um mehr Energie pro Volumen speichern zu können.

Wo sehen Sie die Grenzen der Lithium-Ionen-Technik?

Das Ende der Fahnenstange dürfte etwa bei 240 Wh/kg liegen. Das wollen wir in den nächsten zehn bis 15 Jahren erreichen. Im nächsten Jahrzehnt wird Lithium-Ion die Elektrochemie schlechthin bleiben.

Noch sind die Batterien mit 500 €/kWh Energiegehalt extrem teuer. Was tun Sie, um das zu ändern?

Momentan werden sie in Manufakturprozessen gefertigt. Mit der Produktion für die Hybride der Mercedes S-Klasse und den 7er BMW setzt die Industrialisierung ein. Zusätzlicher Rückenwind kommt von staatlicher Seite. So erhalten wir 299 Mio. $ eines 1,2-Mrd.-$-Pakets, mit dem die US-Regierung Fertigungskapazitäten fördert. Wir steuern noch einmal die gleiche Summe bei.

Wozu?

Wir bauen ein Werk in Michigan, wo Mitte 2011 Batterien für einen Hybrid-Transporter und für den elektrischen Ford Transit in Serie gehen.

Wie begegnen Sie den vagen Prognosen für Hybride und Stromer?

Wir steigen mit einem Produktmix aus Hybrid- und Elektrofahrzeug¬batterien ein, um trotz des begrenzten Marktpotenzials schnell Skaleneffekte erzielen zu können. Nach und nach wird sich der Mix Richtung Elektrofahrzeuge verschieben.

Können Ihre Batterien nicht beide Zwecke erfüllen?

Die Elektronik ist modular. Bei Zellen bemühen wir uns um vereinheitlichte Fertigungsschritte. Bei den Zellpacks scheitert Modularisierung noch an der Anpassung an das jeweilige Fahrzeug. Ein weiterer Unterschied: Bei Hybriden sind kleinere Hochleistungszellen im Einsatz, die beständig um 50 % ihrer Ladekapazität gehalten werden. Die Batterien für Plug-in-Hybride und reine Stromer können dagegen voll geladen und bis auf 20 % Entladungstiefe genutzt werden.

Sind die Fabriken modular?

Modularität ist der Schlüssel zu Skaleneffekten. Wir legen unsere Werke so an, dass sie mit den Aufträgen wachsen – also skalierbar sind.

Welche Rolle spielt Automatisierung?

Sie ist geboten, um Fehlerquellen auszuschalten, Für die Zellen braucht es ¬homogene Materialien, Beschichtungen und Zusammensetzungen, die händisch nicht machbar sind. Bei der Montage der Systeme ist anfangs Handarbeit möglich. Aus Kostengründen muss mit steigenden Stückzahlen automatisiert werden.

Toyota will vorerst bei Nickel-Metallhydrid-Akkus bleiben. Wie sehen Sie die weitere Marktentwicklung?

Lithium-Ionen-Speicher haben fast die doppelte Leistung und Energiedichte. Auf Dauer führt kein Weg daran vorbei, zumal sie dank der Förderung schnell wettbewerbsfähig werden.

Wie steht es um die Sicherheit?

Es gibt viele Ansätze die Sicherheit von Lithium-Ionen-Batterien zu gewährleisten. Auf Zellebene braucht es zuverlässige Separatoren. Doch das ist nur die halbe Miete. Wichtig sind zusätzliche, elektronische Kontrollstrategien und ein sicheres Design …

… das heißt?

Wir setzten auf stabile Metallgehäuse, deren Boden beim Worst Case einer Überladung aufklappt. Zudem schalten sich die Zellen dann automatisch ab. Wir haben uns bewusst gegen leichte weiche Zellhüllen entschieden, um diese Notfunktion realisieren zu können.

Forschen sie an Alternativkonzepten?

Ja. Wir forschen an Metall-Luft-Systemen und Lithium-Schwefel-Technologien. Probleme gibt es bei Sicherheit und Aufladbarkeit. So charmant es ist, einen der Reaktionspartner aus der Luft zu ziehen, so schwer wird es, die Reaktionen in Metall-Luft-Batterien reversibel zu gestalten. Es braucht noch viel Forschungsarbeit, um nicht bei Einwegbatterien zu enden.

Sehen Sie einen Zeithorizont?

Das ist bisher ein reines Forschungsthema.

Der VDE schlägt modulare Konzepte vor, damit Reichweite nachrüstbar wird. Die Autoindustrie geht bisher andere Wege. Wozu raten Sie?

Am Ende entscheidet der Kunde, ob sich zentral gesteuerte große Systeme in hohen Stückzahlen durchsetzten, oder ob modulare, nachrüstbare Batteriebausteine das Rennen machen. Unsere Batterien können beides und sie fühlen sich in verschiedensten Spannungslagen wohl. PETER TRECHOW

Von Peter Trechow
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