NEW MOBILITY WORLD: Der Speicher macht den Unterschied

Wer sich über Elektromobilität Gedanken macht, der kommt an einem Punkt nicht vorbei: dem Speicher. Auch wenn gerade im Nutzfahrzeugbereich die Reichweite oftmals nicht die entscheidende Rolle spielt, so ist sie doch – wie die Nutzlast – ein Kriterium. Und so, wie sich die Motoren weiterentwickeln, ist es auch mit den Batterien. Im FORUM der New Mobility World, der B2B-Plattform innerhalb der IAA Nutzfahrzeuge, findet das Thema unter anderem an Tag zwei, dem 25. September, unter dem Motto „Alternative Powertrains“ und insbesondere von 15.45 bis 16.45 Uhr bei „The new Alternatives: Fuel Cells, Batteries, Supercapacitors and Alternative Fuels“ Gehör.

Zurzeit befinden sich in Elektrofahrzeugen in der Regel Lithium-Ionen-Batterien (LIB) in drei unterschiedlichen Bauformen: zylindrische, prismatische und Pouch. Dabei setzt laut Fraunhofer-Allianz Batterie jeder Hersteller aber auf ein anderes Format: So produziert etwa Samsung seine Zellen insbesondere in prismatischer Form, während LG diese noch vornehmlich als Pouch fertigt. Panasonic stellt seine Zellen hingegen in zylindrischer 18650er-Form her und wird in der „Gigafactory“ künftig im 21700er-Format produzieren.

Welches Zellformat hat dabei das höchste Potenzial? Dieser Frage hat sich die Fraunhofer-Allianz Batterie in einer Studie angenommen und die Entwicklungsperspektiven untersucht und bewertet. „Dabei zeigen sich unter den getroffenen Prämissen bis zum Jahr 2025 insbesondere das Pouch-Format sowie das 21700er-Format als vorteilhaft“, heißt es. Je nach individueller, anwendungsspezifischer Anforderung und Systemauslegung können aber mittelfristig alle Zellformate geeignet sein.

Nötig werden sie ohnehin sein, denn bereits bis Ende 2017 wurden weltweit mehr als drei Mio. Elektroautos verkauft und bislang über 80 GWh an Zellkapazität in Elektroautos verbaut. Nur für den Pkw-Bereich wurden laut Fraunhofer allein in 2017 über 30 GWh nachgefragt, was der globalen LIB-Nachfrage noch vor fünf Jahren entspricht. „In den kommenden zehn Jahren wird sich die Nachfrage auf mehrere hundert GWh bis in den TWh-Bereich entwickeln und entsprechend werden global Zellproduktionskapazitäten bis in diese Größenordnung aufgebaut“, prognostizieren die Forscher.

Doch nicht nur die Formate stehen im Fokus – auch die Batterie selbst. Denn, da sind sich die Forscher sicher, ein wesentlicher Schlüssel zum Erfolg der Elektromobilität „ist die breite und bezahlbare Verfügbarkeit von Batterien mit hoher Energie- und Leistungsdichte bei gleichzeitig wirtschaftlichem Fertigungs- und Wartungsaufwand“. Deshalb beschäftigt sich ein Forschungsvorhaben gerade unter Verwendung bekannter Elektrodenmaterialien für Lithium-Ionen-Batterien mit dem Design neuartiger Elektrodenstrukturen. Die Entwicklungsidee basiert dabei auf einem strukturierten Stromableiter in Form eines offenporigen Metallschaums.

Basierend auf diesen dreidimensionalen Elektrodenstrukturen soll des Weiteren die Machbarkeit einer völlig neuartigen Bauweise für polymerbasierte Festkörperbatterien untersucht werden. Dazu werde innerhalb der Porenstruktur eine Multi-Lagen-Beschichtung aufgebracht. Die große innere Oberfläche des Schaums ermöglicht dabei die Realisierung einer wesentlich höheren Leistungsdichte im Vergleich zu Batterien, die im klassischen, zweidimensionalen Lagendesign aufgebaut sind, so die Fraunhofer-Forscher. Zusätzlich werde hierbei erstmals der Einsatz eines Polymerelektrolyten erprobt, der durch seine besonderen Eigenschaften die Sicherheit der finalen Batteriezelle deutlich erhöht.