Materialien für Batterien werden zum Engpass
Materialien für Batterien werden zum Engpass
Mit Fördermitteln des Bundeswirtschaftsministeriums forscht das MEET an "Electrochemical Energy Technology". Die Forscher in Münster sind stolz auf einen Trockenraum, um Lithium-Ionenzellen zu montieren, und wollen die Alterung der Materialien besser verstehen. Ein Problem der Zellen ist, das sich ihre Qualität bisher nur durch zerstörerische Eingriffe in die Zelle kontrollieren lässt.
Für den Bau des "Elektro-Smarts" entwickeln die Konzerne Daimler und Evonik die erste deutsche Serienproduktion von Lithium-Ionenzellen im sächsischen Kamenz. Ziel ist eine Jahresproduktion von über 10 Mio. prismatischen Zellen, die sich aus flachen Schichten etwa im DIN A4-Format zusammensetzen.
Das globale Unternehmen Johnson Controls-Saft produziert bereits zylindrische Rundzellen, die als Batterie Reichweiten bis zu 150 km erlauben. Die Kenngröße für die Reichweite ist die Energiedichte gemessen in Wattstunden pro kg. Für reine Elektrofahrzeuge sind Batterien mit 110 Wh/kg möglich, was ein Gewicht von 200 kg bei 20 kWh Leistungsaufnahme bedeutet. Die Firma Saft verfolgt ebenfalls die Entwicklung von prismatischen Zellen, weil hier die Nickelchemie bei höheren Temperaturen rund dreimal haltbarer ist. Für Batterien in Electro Vehicles (EV) bedeutet ein Kapazitätsverlust von 20 Prozent das Ende der Nutzbarkeit, die mit über 3.000 garantierten Ladezyklen bei 10 Jahren liegen soll.
Metalle für Kathoden und Kohlen für Anoden
Der Chemie-Konzern BASF forscht an Kathodenmaterialien, die eine dreifach höhere Energiedichte als bisher erlauben: die Lithium-Schwefel-Batterie. Bis diese Zellen zyklenstabil sind, kombiniert BASF Lithium mit den Metallen Nickel, Cobalt oder Mangan. Die Markteinführung dieser NCM-Familie benötigt noch geeignete Elektrolyte. Der finnische Hersteller European Batteries setzt auf Lithium-Eisen-Phosphat als Kathodenmaterial, was auch bei sehr hohen Temperaturen sicher bleibt.
Die Anode von Lithium-Ionen-Batterien basiert in der Regel auf einem Kohlenstoffmaterial wie Gaphit. Ebenso wie Kobalt bei der Kathode ist natürlicher Graphit als Anodenmaterial nicht unproblematisch. China kontrolliert den Markt sehr stark. Der erwartete Boom bei der Elektromobilität lässt den Gaphitbedarf für die Anoden der Antriebsbatterien über die Kapazitäten steigen. Daher empfiehlt der Kohlenstoffspezialist SGL Carbon SE die Anwendung von synthetischem Graphit, der aus einem Nebenprodukt von Erdölraffinerien hergestellt werden kann.
Mit der Forschung an der Elektrochemie neuer Materialien in den Batteriezellen sollen Preise von unter 300 Euro je Kilowattstunde erreicht werden. Gegenwärtig verlangen die Hersteller bei geringen Stückzahlen noch bis zu 750 ?/kWh.
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Datum: 22.07.2011 - 08:10 Uhr
Sprache: Deutsch
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