Den Elektroautos gehört die Zukunft, heißt es. Aber kaum einer will sich eins zulegen. Die Bundesregierung erwähnt ihr ursprüngliches Ziel von einer Million E-Autos bis 2020 nicht mehr - auf Deutschlands Straßen sind Anfang 2015 gerade mal rund 19.000 Elektrofahrzeuge und etwa sechsmal so viele Hybridfahrzeuge unterwegs. Die größten Schwierigkeiten für die E-Mobilität sind der noch vergleichsweise hohe Preis und die geringen Reichweiten der Fahrzeuge. Dabei wird seit Jahren intensiv an besseren und leistungsfähigeren Akkus geforscht. Der große Durchbruch auf diesem Gebiet blieb bislang jedoch aus. Wir fragen Batterie-Forscher Dirk Uwe Sauer, was die Gründe dafür sind, welche Entwicklungen Hoffnung machen und welche Perspektiven Akkus der nächsten Generation bieten.

n-tv.de: Beim Stand der Akku-Entwicklung für Elektroautos hat man den Eindruck: Es wird geforscht und geforscht, aber so richtig scheint sich die Leistungsfähigkeit der Akkus nicht zu verbessern. Die heute erhältlichen Klein- und Kompaktfahrzeuge wie der BMW i3 haben immer noch Reichweiten von lediglich 150 bis 200 Kilometer. Warum ist das so?

Dirk Uwe Sauer: Es gibt bei der Entwicklung von Akkus in der Tat keine großen Sprünge. Vielmehr ist es eine evolutionäre Weiterentwicklung bestehender Technik. Anders als zum Beispiel bei Speicherchips in der Elektronikindustrie kann bei Akkus nicht alle 18 Monate die Energiedichte verdoppelt werden. Denn es gibt physikalische und chemische Grenzen: Jedes Elektron, das gespeichert werden muss, braucht ein Atom oder ein Molekül, an das es gebunden werden kann. Aber jedes Atom kann nur eine maximale Zahl von Elektronen aufnehmen. Daraus ergibt sich eine maximal speicherbare Energiemenge für einen Akku. Tesla und andere Beispiele zeigen aber, dass auch Elektrofahrzeuge mit großen Reichweiten möglich sind. Die Reichweite in Fahrzeugen zu erreichen ist primär kein technisches Problem, sondern ein wirtschaftliches.

Zwischenzeitlich konnte man den Eindruck bekommen, dass es bereits einen "Durchbruch" nach dem anderen bei der Akku-Forschung gegeben hat!?Es gibt immer wieder Meldungen in der Presse, lanciert natürlich von den entsprechenden Firmen, die den großen Durchbruch bei der Ladetechnik, der Energiedichte oder einem anderen Aspekt der Batterie erreicht haben wollen. Man muss dabei jedoch bedenken: Gesprochen wird dann oft nur von einem Parameter des Akkus, der optimiert wurde - insgesamt ist es aber die Vielzahl der gerade diskutierten Parameter, die eine Batterie erfüllen muss. Es ist zwar toll, wenn man an einer Stelle einen großen Fortschritt macht. Aber wenn die anderen fünf Parameter dann einbrechen, oder auch nur einer davon, wird es halt kein Produkt.

Zunächst einmal zum von Ihnen erwähnten technischen Aspekt bei de Akku-Entwicklung: Wenn es eine physikalische Obergrenze der Leistungsfähigkeit von Akkus gibt – wie viel Luft ist vom heutigen Stand der Entwicklung noch nach oben?

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Die besten Batteriezellen für Smartphones und Laptops erreichen heute eine Energiedichte von etwa 250 Wattstunden pro Kilogramm. Die von den meisten europäischen Fahrzeugherstellern eingesetzten Batterien haben wegen höherer Sicherheits- und Lebensdaueranforderungen typische Energiedichten um 160 bis 180 Wattstunden pro Kilogramm. Durch Weiterentwicklung der heutigen Lithium-Ionen-Technologie scheinen Energiedichten bis etwa 300 Wattstunden pro Kilogramm erreichbar zu sein.Die Lithium-Ion-Akkus stoßen also langsam an ihren Grenzen. Welche Perspektiven gibt es für Akkus, die mit anderen Materialien arbeiten?

Wenn man über die Energiedichte von 300 Kilowattstunden pro Kilogramm hinaus will, dann muss man zur nächsten Generation der Batterien kommen. Da gibt es zwei große Entwicklungslinien. Das eine sind sogenannte Lithium-Schwefel-Akkus und das andere wären Lithium-Luft-Akkus......wobei Letztere schon länger als künftige Wunder-Akkus gehandelt wurden. Mittlerweile bezeichnen einige Forscher Lithium-Luft-Akkus jedoch als "hoffnungslosen Fall", da sich zu viele Probleme auftun. Woran liegt das?

Ich habe auch nicht gesagt, dass das schnell machbar ist (lacht). Aber generell gilt für diese Akkus, dass man tatsächlich ein hohes theoretisches Potenzial hat, was die Energiedichte angeht. Man könnte mit diesen theoretisch eine etwa dreimal höhere Energiedichte erreichen als bisherige Systeme, also 700 bis 900 Wattstunden pro Kilogramm. Ob diese Zelle dann tatsächlich auch mit einer Lebensdauer von tausend Zyklen hergestellt werden kann, ist fraglich. Eine wichtige andere Frage: Kann die Sicherheit sehr leistungsfähiger Akkus gewährleistet werden? Das gilt für die Lithium-Schwefel-Akkus im Übrigen genauso. Denn je größer die Energiedichte ist, desto größer ist das potenzielle Risiko - etwa, dass ein Akku ausbrennt. Von daher müssen die Batterieentwickler mehr im Auge haben als nur Energiedichte und Preis. Leistungsfähigkeit auch bei tiefen Temperaturen, Sicherheit und Lebensdauer sind gleichberechtigte Ziele. Jeder Parameter für sich muss die Mindestanforderungen erfüllen. Das macht das Ganze so kompliziert und führt eben auch dazu, dass es keine Sprünge in der Entwicklung gibt.

Haben diese Akkus der nächsten Generation aufgrund ihrer hohen Energiedichte das Potenzial, der Elektromobilität zum Durchbruch zu verhelfen – vorausgesetzt, die Sicherheitsbedenken können behoben werden?Bei den Lithium-Luft-Akkus etwa gibt es neben der Lebensdauer und der Sicherheit noch ein weiteres Problem: Nach heutiger Einschätzung denkt man zwar, dass man mit ihm zwar die gravimetrische - also die gewichtsbezogene - Energiedichte deutlich verbessern kann. In der Automobilindustrie ist allerdings die volumetrische - also volumenbezogene - Energiedichte von mindestens ähnlich hoher Bedeutung. Denn Volumen bedeutet Raumverlust im Fahrzeug. Und jeder Hersteller kämpft darum, jeden möglichen Raum im Fahrzeug dem Benutzer zur Verfügung zu stellen.

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Die beliebten Browser Firefox, Chrome und Opera haben eine kaum bekannte Eigenschaft: Sie können den Akkustand eines Laptops oder Smartphones ermitteln. Möglich macht das die HTML5-Programmierschnittstelle "Battery Status API", die ungefragt den Batteriestatus eines Webseitenbesuchers abfragt. Der Hintergrund: Websites oder Web-Apps können bei wenig Akkuladung bestimmte nicht unbedingt benötigte Funktionen ausschalten, um Strom zu sparen. Eigentlich eine nützliche Funktion, die aber ein Sicherheitsrisiko birgt: Sicherheitsexperten haben herausgefunden, dass man mithilfe der API Nutzern nicht nur mehr Laufzeit verschaffen, sondern sie auch eindeutig identifizieren kann, während sie im Netz surfen.

Eingeführt wurde die Schnittstelle bereits 2012 vom "World Wide Web Consortium" (W3C). Erklärtes Ziel: Web-Entwickler sollen Inhalte und Anwendungen so programmieren können, dass sie stromsparender arbeiten, wenn ein Gerät nicht geladen wird oder der Akkustand niedrig ist. Um vorherige Erlaubnis für die Akkustandsabfrage müssten Nutzer dabei nicht gefragt werden, denn, so die Begründung des W3C, die eingeholte Information habe wenig Einfluss auf die Privatsphäre der Webseiten-Besucher. Dass das so nicht ganz richtig ist, hat jetzt ein belgisch-französisches Forscherteam herausgefunden.

Posted by: akkusmarkt at 09:50 AM | No Comments | Add Comment
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