Das Batteriesystem ist die vielleicht entscheidendste Baugruppe für batterieelektrische Fahrzeuge. Neben einer möglichst hohen Energiedichte sind Aspekte wie Sicherheit, Gewicht und Nachhaltigkeit maßgeblich. Prof. Dr. Dr. Andreas Hintennach leitet bei Daimler die Batteriezellforschung. Neben Grundlagen der aktuellen Lithium-Ionen-Zellen erklärt er in einem von Daimler veröffentlichten Interview, welchen Zukunftstechnologien er tatsächlich eine Chance einräumt.
„Die Batterietechnologie ist kein Standardprodukt, sondern ein integraler Bestandteil der Fahrzeugarchitektur“, sagt Hintennach. Darum decke Daimler alle Phasen „von der Grundlagenforschung bis hin zur Produktionsreife ab“. Der Autohersteller arbeite neben der kontinuierlichen Optimierung der aktuellen Generation von Lithium‑Ionen-Akkusystemen auch an der Weiterentwicklung von auf dem Weltmarkt gekauften Zellen sowie der Forschung an Batteriesystemen der nächsten Generation. Auch die Themen Batterie-Management-Systeme sowie Wärmemanagement gehören zu seinem Aufgabenspektrum. Letzteres sei „von entscheidender Bedeutung für die Lebensdauer und Leistung des Batteriepacks.“ Die Sicherheit eines Akkupakets sei ebenfalls „ein sehr entscheidender Faktor“ für Daimler: „Ein Mercedes-Benz muss Maßstab in Sachen Sicherheit sein, und das gilt auch für seinen Batteriesatz.“
Daimler arbeite „fortlaufend an Innovationen und Alternativen, die über die Möglichkeiten von Lithium-Ionen-Batterien hinausgehen – nicht zuletzt hinsichtlich der Energiedichte und der Ladezeiten, aber auch mit Blick auf die Nachhaltigkeit“, sagt Hintennach. Beispielsweise soll bereits für die nächste Fahrzeuggeneration von Daimlers Produkt- und Technologiemarke EQ „ein Teil der Batteriezellen zu 100 Prozent mit Strom aus erneuerbaren Energien produziert werden.“ Nachhaltigkeit sei bei Daimler „zum Leitgrundsatz bei allen Entwicklungsaktivitäten geworden“.
Daimler will „den Bedarf an natürlichen Ressourcen möglichst gering halten“
Der Hersteller wolle „den Bedarf an natürlichen Ressourcen möglichst gering halten“. Dazu gehöre auch, schon während der Entwicklung eines Fahrzeugs für jedes Fahrzeugmodell ein Recyclingkonzept zu erstellen, „in dem alle Bauteile und Werkstoffe auf ihre Eignung für eine Kreislaufwirtschaft hin analysiert werden.“ Bei Batterien werde „dieses Konzept bereits in der Grundlagenforschung verwendet, wo wertvolle Werkstoffe ersetzt, minimiert oder effizienter genutzt werden können.“ Die Recyclingfähigkeit einer Batterie werde „von Anfang an berücksichtigt. Dadurch wird die Batterieherstellung Teil eines ganzheitlichen Ansatzes – ein geschlossener Kreis, eine sogenannte Kreislaufwirtschaft.“
Bei der Ökobilanz sieht Daimler — wie etliche andere Autohersteller auch und von unzähligen Studien bestätigt — das Elektroauto klar im Vorteil: Zwar starten E-Autos aufgrund des höheren Energiebedarfs bei der Batterieproduktion „aktuell mit höheren Emissionen ins Leben“. Im Fahrbetrieb mache der Stromer dies aber wieder wett: „Selbst wenn wir sie nicht mit CO2-neutralem Strom betanken, verursachen Batteriefahrzeuge über den gesamten Lebenszyklus hinweg rund 40 Prozent weniger Emissionen als ein Benziner, und immerhin noch 30 Prozent weniger gegenüber dem Diesel“, sagt Hintennach. Und dabei seien Daimlers CO2-Einsparungsziele in der Produktion bis 2039 und das Recycling von Rohstoffen, die künftig zurück in den Produktionskreislauf fließen werden, noch gar nicht berücksichtigt. Beides werde „die ökologische Nachhaltigkeit“ von Elektroautos noch deutlich erhöhen.
Für das Recycling werde es „in acht bis zehn Jahren eine nennenswerte Anzahl von Fahrzeugbatterien geben. Dann werden vor allem Kobalt, Nickel, Kupfer und später auch Silizium zurückgeführt“, so der Batterieexperte. Die Industrie sei „darauf schon heute sehr gut vorbereitet, die Prozesse sind da und auch die Möglichkeiten, Sekundärrohstoffe wieder in den Produktionskreislauf zu geben.“ Der Aufbau eines funktionierenden Sekundärrohstoffmarkts habe für Europa eine „wichtige politische Bedeutung, denn es besitzt kaum eigene Primärquellen.“ Natürlich tue Daimler darüberhinaus „alles dafür, dass Batterien zunächst so lange halten wie möglich.“ Auch das schlägt positiv auf die CO2-Bilanz durch.
Was nach dem Lithium-Ionen-Akku kommt
Als Zukunftstechnologien hat Daimler mehrere Kandidaten im Rennen: Ein Hauptaugenmerk liege auf Materialien, „die sich vor allem an Mangan orientieren, einem ökologisch betrachtet unbedenklichen, leicht aufzubereitenden Rohstoff.“ Es gebe für Mangan bereits „ein exzellentes Recycling, weil es in Form von Alkalibatterien (nicht wieder aufladbare Batterien) schon seit Jahrzehnten genutzt wird.“ Die Aufgabe der Forschung sei es, diesen Batterietyp aufladbar zu machen. „Wir gehen davon aus, dass die Technologie in der zweiten Hälfte der 2020er Jahre marktreif sein wird“, sagt Hintennach.
Eine weitere Alternative sei die Lithium-Schwefel-Batterie: „Schwefel ist ein Abfallprodukt der Industrie, das fast nichts kostet, sehr rein ist und sich gut recyceln lässt.“ Es birge „große Herausforderungen in der Energiedichte“, habe aber „auch eine unschlagbare Ökobilanz. Bis diese Technologie für Pkw verfügbar ist, kann es aber noch Jahre dauern.“
Auch das oft kritisierte Lithium könne ersetzt werden, „die Magnesium-Schwefel-Batterie beispielsweise enthält kein Lithium“, sagt der Batterieforscher. „Magnesium kennen wir in Form von Kalk aus dem Alltag. Der große Vorteil: Es ist beliebig verfügbar. So besteht zum Beispiel die ganze Schwäbische Alb aus Kalk.“ Die Forschung befinde sich bei diesem Thema „allerdings noch auf dem Laborniveau.“
Einige Technologien, „die der Lithium-Ionen-Batterie überlegen sind“, seien schon beinahe marktreif: „Dazu gehört die sogenannte Feststoffbatterie, die wir ab Mitte 2020 auch schon in unserem Stadtbus Mercedes-Benz eCitaro einsetzen“, sagt Hintennach. „Die Technologie hat eine sehr hohe Lebensdauer und enthält zudem weder Kobalt noch Nickel oder Mangan.“ Allerdings sei sie weniger energiedicht, „daher relativ groß und zudem nicht schnell aufladbar.“ Deshalb lasse sie sich „zwar für Nutzfahrzeuge gut einsetzen, nicht aber für Pkw. Hier wird uns die Lithium-Ionen-Batterie noch einige Jahre begleiten.“
„Die eine Post-Lithium-Ionen-Technologie“ allerdings werde es nicht geben. Jede Technologie habe ihre Vor- und Nachteile. „Ob Zellen mit Festkörper-Elektrolyten, Lithium-Metall-Anoden oder Lithium-Schwefel-Systeme – alle Technologien unterscheiden sich in ihren spezifischen Materialanforderungen, ihren Anwendungen und nicht zuletzt auch in ihrem Reifegrad.“ Die gute Nachricht laute aber, „dass es zahlreiche Wege gibt, die das Risiko einer möglichen Sackgasse in der Entwicklung verringern.“
Quelle: Daimler — Pressemitteilung vom 03.04.2020
