E-Autos: Deutsches Forschungs-Konsortium will 1000 Kilometer Reichweite knacken

E-Autos: Deutsches Forschungs-Konsortium will 1000 Kilometer Reichweite knacken

von Angela Schmid

Mit einer neuer Sortierung in den Batterien soll die Energiedichte wachsen.

Bislang sprechen zwei simple Gründe gegen E-Autos: Die hohen Kosten und die magere Reichweite. Tesla bringt es mit massenhaft Batteriezellen zwar auf etwa 400 Kilometer, was sich aber im Preis von etwa 100.000 Euro widerspiegelt.

Für die breite Masse ist ein Stromer noch längst nicht alltagstauglich. Anders würde das bei einer Reichweite von 1000 Kilometern aussehen, wenn gleichzeitig noch die Batteriekosten sinken. Erreichen will dies ein Konsortium von ThyssenKrupp System Engineering GmbH, der IAV GmbH und dem Fraunhofer IKTS durch eine neuartige Anordnung der Zellen.

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Statt jede einzelne Lithium-Ionen-Zelle in ein Gehäuse zu stecken und alles zu verbinden, werden die Elektroden neu sortiert. (Für Interessierte: Bipolare Elektroden werden hier so gestapelt, dass immer ein Pluspol auf einem Minuspol liegt.) Dadurch steigt der Anteil der speicherfähigen Materialien im System und so schießt auch die Energiedichte nach oben. Bei gleichem Bauraum.

Das Verbinden der Zellen beim bisherigen Verfahren verringert die Energiedichte. Bisher liegt sie bei Lithium-Ionen-Batterien bei etwa 280 Wattstunden pro Liter – bei dem neuen Verfahren soll sie auf 450 Wattstunden pro Liter steigen und damit den Stromer verlockende 1000 Kilometer weit bringen.

Allerdings hat es bislang noch niemand geschafft, diese bipolare Anordnung auf Lithium-Ionen-Batterien im industriellen Maßstab zu übertragen. Zusätzlich hat sich das Konsortium aber noch mehr vorgenommen: Damit das Elektroauto an Attraktivität gewinnt, sollen gleichzeitig auch die Systemkosten der Batterie auf 200 Euro je Kilowattstunde (kWh) reduziert werden. Erreicht wird dies unter anderem dadurch, dass nicht nur die einzelnen Gehäuse für die Zellen, sondern auch teure Materialien wie Kobalt komplett weggelassen werden und Nickel reduziert wird.

Eine komplexe HerausforderungEinfach ist zu realisieren ist das Verfahren nicht. "Dafür werden völlig neue Elektroden und neue Herstellungsprozesse des Batteriesystems benötigt", erklärt Michael Roscher, Leiter des Technikums bei ThyssenKrupp. Zudem müssen die Zellen mit großer Genauigkeit hergestellt werden. Die Projektpartner wollen daher neue Verfahren, Maschinen und Anlagen entwickeln, mit denen Batteriezellen und komplexe Energiespeichersysteme in höchster Qualität bei geringeren Kosten produziert werden können.

"In dem Konsortium lassen sich die Herausforderungen lösen. Wir ergänzen uns sehr gut", erklärt Mareike Wolter, Gruppenleiterin Mobile Energiespeichersysteme am Fraunhofer IKTS. Das IAV bringt seine Entwicklungsexpertise von der Fahrzeug-Konzeptionierung, -sicherheit, Batterieauslegung, Konstruktion bis hin zur Applikation der Steuergerätesoftware in das Projekt ein. Das Fraunhofer IKTS forscht an der Entwicklung maßgeschneiderter Materialien und spezieller Verfahren zur Elektroden-Herstellung und ThyssenKrupp ist ein erfahrener Hersteller von Fertigungsanlagen und Produktions-Equipment für den Fahrzeugbau und für die Batterieherstellung.

ThyssenKrupp und das IKTS betreiben zudem gemeinsam ein Technikum im sächsischen Pleißa, in dem neben umweltfreundlichen Prozessen zur Herstellung der Batterieelektroden auch laserbasierte Bearbeitungsverfahren und Fügeprozesse für die effiziente generative Produktion von Lithium-Batterien untersucht werden.

Die Hochleistungsbatterien sollen direkt im Chassis des Fahrzeugs integriert werden. "Dafür können die tragenden Strukturen gleich mitverwendet werden", erklärt Mareike Wolter. Zudem ist dies für den Fall eines Unfalls der sicherste Ort für die empfindlichen Batterien. Drei Jahre läuft das Projekt "EMBATT", dann wird man einen Autohersteller brauchen, der die Forschungsergebnisse in der Praxis testet. Gespräche würden bereits laufen, so Mareike Wolter. Doch noch seien die Hersteller zurückhaltend und würden die Entwicklungen erst mal abwarten.

In einem zweiten Schritt wollen die Forscher neue Speichermaterialien einsetzen, die etwa die Spannung von zwei auf vier Volt verdoppeln - bei gleichem Gewicht und gleichem Volumen. Auch das sorgt für zusätzliche Leistung an Bord. Sich auf Lithium-Ionen-Zellen zu konzentrieren, ist aus Sicht von Roscher sinnvoll: "Bis 2025 wird es keine vergleichbare Technologie zu Lithium-Ionen-Batterien geben - alle andere Technologien befinden sich noch im Entwicklungsstadium."

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