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Tesla gegen Sila Nano und Quantumscape Die Jagd nach dem perfekten Akku

Die Autobranche ringt um den perfekten Akku. Der Vorreiter: Tesla. Quelle: imago images

Mehr Reichweite, lange Haltbarkeit: Die Autobranche ringt um den nächsten Durchbruch bei der Batterie-Technologie. Tesla prescht voran, während BMW, Daimler und Volkswagen auf zwei Silicon-Valley-Start-ups wetten.

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Elon Musk macht keinen Hehl daraus, was ihn bremst: „Der Akku ist unser größter Engpass“, sagt der Chef des Elektroautoherstellers Tesla. Er meint damit nicht nur, wie schnell sich die Akkupacks fertigen lassen, sondern auch Größe, Haltbarkeit und Gewicht. Die Tesla-Hauptversammlung am 22. September hat er darum zum „Battery Day“ erklärt. Der Andrang ist so groß, dass die Eintrittskarten unter den Aktionären verlost werden.

Über vier Ankündigungen wird spekuliert: Angeblich will Musk bekannt geben, gemeinsam mit Partner Panasonic dank einer verbesserten Anode mehr aus den herkömmlichen Lithium-Ionen-Akkus herausgekitzelt zu haben – mindestens fünf Prozent mehr. Die reichweitenstärksten Teslas schaffen derzeit 643 Kilometer.

Zweitens könnte verkündet werden, dass der sogenannte 1-Millionen-Meilen-Akku möglich ist, der die Lebensleistung drastisch erhöhen und sich nach dem Gebrauch im Fahrzeug noch lange Jahre als Stromspeicher fürs Heim verwenden lassen soll.
Drittens wird Musk wahrscheinlich einen selber entwickelten Akku sowie den Einstieg in eine eigene Akku-Produktion bekannt geben. So will er das Design der Stromspeicher und der Fahrzeuge noch enger miteinander verknüpfen, um den Platz in den Autos effektiver zu nutzen und das Gewicht besser zu verteilen. Die Akkus könnten dann an allen möglichen Stellen im Auto verbaut werden, anstatt nur am Boden. Der selber entwickelte Akku soll es schaffen, den Preis unter die magische Grenze von 100 Dollar pro Kilowattstunde zu drücken. Derzeit liegt Tesla laut Schätzungen bei rund 150 Dollar.

Wird diese branchenintern als Schallmauer bezeichnete Grenze durchbrochen, um dann unter 100 Dollar zu sinken, ziehen Elektroautos bei den Herstellungskosten mit Verbrennern gleich. Mehr noch: In der Branche ist man zuversichtlich, dass bis Ende des Jahrzehnts sogar 50 Dollar pro Kilowattstunde möglich sind. Dann wäre ein Elektroauto sogar deutlich günstiger als ein Verbrenner.

Darauf aufbauend könnte Musk viertens wahrscheinlich ein neues Massenmarkt-Modell verkünden, dessen Basisversion dank günstigerer Akkus unter 25.000 Dollar offeriert wird.

Es geht nicht nur um ein Milliardengeschäft, sondern auch um Industrie -und Umweltpolitik. Das erklärt, warum der Rummel um die via Internet übertragene Tesla-Präsentation so groß ist. Musks Ausführungen gestatten nicht nur einen Ausblick auf das Tempo bei Tesla, sondern auf das der gesamten Elektroauto- und Energiebranche. Es geht auch darum, ob der große Batterie-Konkurrent Brennstoffzelle kostenmäßig noch eine Chance hat – oder die seit vielen Jahren beschworene Wasserstoff-Wirtschaft von der Lithium-Ionen-Ökonomie übertrumpft wird.

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    Für die Strategen in den Autokonzernen bedeutet das mehr Hoffen und Bangen. Sie müssen nicht nur entscheiden, welchen Stromspeicher sie favorisieren – Wasserstoff oder Akku –, sondern auch, ob dessen Anbieter ihre Versprechen bei Kosten und Kapazität halten und vor allem rechtzeitig liefern können. Wer sich für die falsche Technik entscheidet oder sich verzettelt, dem droht der Absturz.

    Klar ist: Musk ist bei Weitem nicht der einzige Herausforderer. Aber als größter Elektroautohersteller der Welt zündet er damit die nächste Stufe im Wettlauf um den perfekten Akku. Einig ist sich die Branche, dass zumindest dieses Jahrzehnt den Lithium-Ionen-Akkus gehört. „Sie werden uns diese Dekade und darüber hinaus begleiten“, erwartet Analyst Sam Jaffe von Cairns Energy Research Advisors aus Denver im US-Bundesstaat Colorado.

    Gerungen wird darum, wie sich in diesem Akku möglichst viel Energie auf engstem Raum speichern lässt, ohne dass der Stromspeicher überhitzt oder gar abfackelt, nach ein paar Ladezyklen unbrauchbar ist oder Unsummen kostet.



    Zugleich soll er leichter werden, kleiner und sich innerhalb von fünfzehn Minuten auf volle Kapazität laden lassen. Als ob das allein nicht schon genug herausfordernd wäre, muss der Akku der Zukunft auch noch frei von seltenen oder schwer abbaubaren Metallen sein. Nickel und Kobalt sollen Eisen oder Kupfer weichen. Die ohnehin herausfordernde Produktion soll ohne umweltschädliche Lösungsmittel auskommen. Moderne Akku-Fabriken, etwa die von Panasonic, LG Chem, Samsung oder Catl, nähern sich schon jetzt mit ihren milliardenschweren Kosten und Nanometer-Präzision den Produktionsstätten von Chip-Fertigern wie TSMC und Intel an.

    Der Schlüssel zum Akku-Nirwana liegt in der Kombination von neuen Materialien, Batteriechemie und besseren Produktionsmethoden. Das Tüfteln darum läuft weltweit, in Universitäten, Konzernen und in Start-ups.

    Im Silicon Valley ist ein Wettlauf zwischen zwei Start-ups entbrannt: Sila Nano und Quantumscape. Beide setzen da an, wo Forscher die schnellsten Verbesserungen sehen: bei der Anode. Das ist jene negative Elektrode, welche die Lithium-Ionen beim Laden aufnimmt und beim Entladen abgibt. Sie ist durch eine poröse Wand, den sogenannten Seperator von ihrem positiven Gegenpol, der Kathode getrennt. Beim Entladen, also Fahren, wandern die Lithium-Ionen von der Anode durch den Seperator in die Kathode.


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    Die Kontrahenten eint, dass sie beide Hunderte Millionen Dollar eingesammelt und ihre Reihen mit ehemaligen Tesla-Mitarbeitern aufgerüstet haben.

    Wer sich von ihnen durchsetzt, könnte das Schicksal der deutschen Autobranche und das Kräfteverhältnis ihrer Hersteller maßgeblich verändern. Denn hinter Sila Nano steht ein Bündnis von BMW und Daimler, die beide rund 300 Millionen Dollar in das Unternehmen investiert haben. Quantumscape wiederum ist die große Wette des Volkswagen-Konzerns, in die dieser mehr als 300 Millionen Dollar gesteckt und gleich zwei Spitzenmanager in den Aufsichtsrat entsendet hat.

    Sila Nano oder Quantumscape: Wem gelingt die Akku-Revolution?

    Während Sila Nano daran arbeitet, den Kohlenstoff in der Anode durch eine Siliziummischung zu ersetzen, wagt Quantumscape den im Silicon Valley beschworenen „Moonshot“. Das Start-up hat einen Akku entwickelt, der aus Lithium-Metall besteht und keine klassische Anode mehr benötigt. Da dabei im Gegensatz zur herkömmlichen Batterie kein flüssiger Elektrolyt nötig ist, wird dieser Aufbau auch als Festkörperbatterie bezeichnet.

    Dieser Lithium-Metall-Energiespeicher gilt als der Heilige Gral des Akkus, an dem seit mehreren Jahrzehnten geforscht wird. Denn die Festkörperbatterie könnte nicht nur doppelt so viel Energie auf gleicher Fläche speichern, sondern auch leichter sein und sich innerhalb von zehn Minuten voll aufladen lassen. Zudem benötigt sie keine Kühlung und kommt auch mit Minusgraden besser zurecht. VW testet diesen Akku bereits in Fahrzeugen.

    Bei Sila Nano ist man nicht bange, dass ihnen Quantumscape mit diesem disruptiven Ansatz das Wasser abgräbt. „Wir wünschen ihnen alles Gute, glauben aber, dass unser Weg der schnellste und effektivste ist“, wiegelt Firmengründer Gene Berdichevsky ab. Zwar könnte seine Silizium-Anode den Lithium-Akkus nur bis zu 40 Prozent mehr Kapazität verleihen. Aber sie wird laut Berdichevsky und seinem Mitgründer Gleb Yushin, der als Professor für Materialwissenschaften am Georgia Institute of Technology unterrichtet, schon in ein paar Jahren bereitstehen und lässt sich vor allem in den schon bestehenden Batteriefabriken einfach integrieren. Tatsächlich werden heute schon, etwa bei Tesla und Panasonic, den Grafit-Anoden Silizium beigemischt, allerdings in geringer Menge von zwischen drei und sechs Prozent des Gewichts der Anode. „Eine gravierende Herausforderung ist, dass das Silizium sich stark ausdehnt, während das beim Grafit nur moderat geschieht“, sagt Martin Winter, Professor an der Universität Münster und international bekannter Experte für Elektrochemie. Beim Ausdehnen des Siliziums werden die Batteriezellen zerstört.

    Volkswagens Antwort auf den Tesla Model Y
    Die Auslieferung des ID3 hat noch gar nicht so richtig begonnen, da werden die E-Fahrer bereits auf den ID4 eingestimmt. Quelle: Volkswagen
    Als erstes SUV mit Stecker soll der ID.4 den Mobilitätswandel der Marke weltweit voranbringen und dem Model Y das Leben schwer machen Quelle: Volkswagen
    Der Innenraum wirkt wertiger als beim ID3 Quelle: Volkswagen
    Noch vor Weihnachten sollen zu Preisen ab etwa 37.000 Euro die ersten Autos bei den Kunden sein Quelle: Volkswagen
     Wo der ID3 in der schrumpfenden Kompaktklasse antritt, startet der ID4 im Boomsegment der handlichen Geländewagen Quelle: Volkswagen
    Nur in zwei Punkten bricht der ID.4 mit den Konventionen seiner Klasse: Für ein SUV dieses Formats ist er ungewöhnlich handlich und wendig, weil die Vorderräder ohne den raumgreifenden Verbrennungsmotor dazwischen deutlich stärker einschlagen können. Und für ein Elektroauto traut er sich dank deutlich mehr Bodenfreiheit mutig auch ins Gelände und meistert in Ehra-Lessien auch jene Schotterpisten, Gruben und Kuppen, auf denen die Niedersachsen ihre Rallye-Autos testen – dabei kommt die Version mit standesgemäßem Allradantrieb erst im nächsten Jahr. Quelle: Volkswagen
    Los geht es statt erst einmal mit gleich vier Leistungsstufen für den an der Hinterachse montierten E-Motor von 109 kW/150 PS im Basismodell bis zu 150 kW/204 PS in der vorläufigen Top-Ausstattung. Quelle: Volkswagen

    Berdichevsky und Yushin glauben, dass sie mit ihrem Verbundstoff aus Nanopartikeln die Gefahr in den Griff bekommen haben. Ihre Überzeugung und ihre russischen Wurzeln, beide sind Einwanderer, haben sie im Firmennamen verewigt. „Sila“ steht im Russischen für Kraft.

    Berdichevsky ist im Silicon Valley als einer der ersten Tesla-Angestellten bekannt. Als Mitarbeiter mit dem Firmenausweis Nummer 7 verantwortete er die Entwicklung des ersten Tesla-Akkus. An seiner Seite hat er Kurt Kelty. Der war elf Jahre lang einer der wichtigsten Batterieexperten bei Tesla. Zuvor hatte Kelty das US-Forschungslab von Panasonic aufgesetzt. Für den Aufsichtsrat hat man den langjährigen General-Electric-Chef Jeffrey Immelt gewonnen.

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      Bei Quantumscape protzt man ebenfalls mit Tesla-Power und Tech-Prominenz. Im Aufsichtsrat sitzt niemand Geringeres als Tesla-Mitgründer Jeffrey Brian „JB“ Straubel, flankiert von Amazon-Entdecker John Doerr und Sun Microsystems Mitgründer Vinod Khosla. Außerdem erwähnt man gern, dass Bill Gates mitinvestiert hat.

      Quantumscape wurde zwar schon vor zehn Jahren von Stanford-Wissenschaftlern gegründet, darunter Fritz Prinz, Professor für Materialwissenschaft und gebürtiger Österreicher. Mitgründer und CEO ist Jagdeep Singh, der mehrere Telekommunikationsausrüster erfolgreich an die Börse geführt hat.

      Bis vor Kurzem kommunizierte das Jungunternehmen nur äußerst zurückhaltend. Das änderte sich Anfang September, als Singh eine 37 Seiten starke Investorenpräsentation veröffentlichte und zugleich einen Börsengang über eine Mantelgesellschaft ankündigte, die seinem Unternehmen aus dem Stand eine Bewertung von 3,3 Milliarden Dollar zubilligt.

      „Wir haben eine Batterie-Technologie entwickelt, die es in dieser Form in der Welt noch nicht gibt“, prahlt Singh. „Es ist die eleganteste Architektur, die ich je bei einem Lithium-Ionen-Batterie-System gesehen haben“, assistiert Straubel. Gemeinsam mit VW, das mit Frank Blome (Akku-Zar des Konzerns) und Jürgen Leohold (ehemaliger Leiter der Konzernforschung) zwei Vertraute in den Aufsichtsrat entsandt hat, will man bis 2024 eine eigene Batterieproduktion hochziehen.

      Prototypen der Sila-Zelle. Hinter dem Start-up steht ein Bündnis von BMW und Daimler. Quelle: PR

      Die Technologie, die mit über 200 Patenten geschützt sein soll, wird in der Präsentation nur oberflächlich behandelt. „Wir wollten noch nicht so viel offenlegen“, sagt Singh. Glaubt man ihm, dann ist die industrielle Großproduktion kein Problem. Mehr noch: „Festkörper-Zellen lassen sich in bestehenden Batteriefabriken produzieren“, behauptet Stefan Sommer, Volkswagens Konzernvorstand für Beschaffung, gegenüber der Nachrichtenagentur Reuters. Das wäre entscheidend, weil in derzeitige Akkufabriken bereits Milliarden von Investitionen geflossen sind, die erst wieder hereingespielt werden müssen.

      Branchenexperten bezweifeln, dass die Produktion einfach so umgestellt werden kann. „Es ist ein völlig anderer Produktionsprozess und eine ganz andere Lieferkette“, sagt Analyst Jaffe. Zwar werde es demnächst Festkörper-Akkus geben, „aber sie eignen sich nicht für Autos, weil sie unzuverlässig sind und viel zu teuer in der Herstellung“.

      Problematisch sind Kristalle, die sich in der Batterie beim Laden und Entladen bilden können und die Zellen beschädigen. Diese sogenannten Dendriten könnten zu Kurzschlüssen führen. Um das zu vermeiden, muss jede kleinste Unreinheit vermieden werden, die Ausschussquote und Kosten sind entsprechend hoch. „Wir haben das mit einem speziellen Keramik-Material in den Griff bekommen“, sagt Singh. „Unser Akku wird sehr viel günstiger in der Herstellung sein, da wir keine Anode bauchen und auch keine raren Rohstoffe.“ Zunächst werde man sich auf Autos fokussieren, später die Technologie auch für kommerzielle Stromspeicher und Mobiltelefone bereitstellen. Kritik von Skeptikern lässt er abprallen: „Die kennen unsere Technologie nicht“, heißt es dann nur kurz.

      „Das ist eine große Sache“

      „Herkömmliche Lithium-Ionen Akkus haben zwanzig Jahre gebraucht, um im Preis merklich herunterzukommen“, sagt Analyst Jaffe. Bei Volkswagen ist man jedoch fest überzeugt, dass man sich mittels Quantumscape an die Spitze bei den Akkus setzen wird. „Das ist eine große Sache. Diese Technologie hilft, Volkswagen zum Vorreiter im Batteriegeschäft zu machen“, jubelt Alexander Hitzinger, Chef von VWs Sparte für autonomes Fahren.

      Wie geht das Rennen aus? Für Quantumscape spricht, dass auch Toyota für 2025 eine Festkörperbatterie angekündigt hat – allerdings mit einer anderen Technologie. Volkswagen hat sich über Abnahmevereinbarungen wie mit chinesischen Akku-Produzenten CATL sowie Kooperationen wie mit dem schwedischen Akku-Spezialisten Northvolt abgesichert, mit dem man im niedersächsischen Salzgitter eine eigene Produktion errichtet. Hält Quantumscape seine vollmundigen Ankündigungen, dann könnte Volkswagen sich beim Akku von der Konkurrenz absetzen. Der Konzern hat laut Singh das Recht, die Technologie als Erster einzusetzen.

      Eins lässt sich sicher sagen: Aus dem in den Siebzigerjahren entwickelten Lithium-Ionen-Akku lässt sich dank Forschungsdoping eine Menge herausholen. Elon Musks größte Bremse wäre damit Geschichte.

      Mehr zum Thema: Tesla – Made in Germay: Diese deutschen Zulieferer wollen vom neuen Tesla-Werk profitieren

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