Batterie-Experte Arno Kwade im Interview: Batterien müssen nicht von Kobalt abhängen
Batterien sind in den vergangenen Jahren immer leistungsfähiger geworden.
Foto: dpaArno Kwade ist Professor am Institut für Partikeltechnik der Technischen Universität Braunschweig und Vorstandssprecher der Battery Labfactory Braunschweig, eines Projektzentrums für Energiespeicherforschung.
Herr Kwade, Batterien sind in den vergangenen Jahren stets billiger und leistungsfähiger geworden. Was sind die Stellschrauben dafür, dass es künftig so weitergeht?
Es gibt drei Aspekte. Erstens suchen wir nach neuen und noch besseren Materialien für die Elektroden, zweitens arbeiten wir an den Strukturen der Zellen, etwa indem wir versuchen, den Anteil an Passivmaterialien – Separatormembranen und Stromsammler – zu reduzieren und dafür die Elektroden dicker zu machen. Oder auch indem wir Beschichtungen verbessern zugunsten der Schnellladefähigkeit. Und drittens versuchen wir, Kosten einzusparen, etwa durch die Reduktion oder gar den Wegfall von Lösungsmitteln bei der Elektrodenherstellung.
Der Preis für Kobalt, das in Lithium-Ionen-Batterien häufig eingesetzt wird, ist zuletzt stark gestiegen. Gibt es Alternativen?
Zum einen gibt es Optionen bei den Aktivmaterialien, die mit deutlich weniger Kobalt auskommen. Bei zukünftigen Batteriezellen wird der Anteil von Kobalt bis auf zehn Prozent sinken. Es gibt auch kobaltfreie Verbindungen aus der Gruppe der Spinelle, etwa Lithium-Manganoxid. Kobaltmangel wird mittelfristig kein signifikantes Problem mehr sein.
Kwade ist Leiter der Forschungseinrichtung „Battery Lab Factory Braunschweig (BLB)“.
Foto: Battery Lab Factory BraunschweigKann Preissenkung auch durch verstärkte Massenfertigung erfolgen?
Bis zu einer Fabrikkapazität von fünf Gigawattstunden pro Jahr lassen sich durch günstigeren Einkauf und effizientere Produktion Skaleneffekte erzielen. Baut man noch größer, sind parallele Fertigungslinien nötig – im Einkauf sind weitere Preisvorteile dann kaum noch zu erzielen.
Viele Verbesserungen bei den Zellen erfolgen evolutionär. Ist auch grundsätzlich Neues in Aussicht?
Vor allem der Einsatz von Festkörperelektrolyten könnte einen großen Schritt nach vorne bedeuten. Darunter fallen Polymere, aber auch oxidische und sulfidische Substanzen. Mit diesen wird eine höhere Energiedichte pro Volumen möglich, auch die Schnellladefähigkeit der Zellen wird vermutlich verbessert. Mit Ausnahme der Polymere sind diese Materialien allerdings auch teurer.
Je höher die Energiedichte, umso wichtiger werden Sicherheitsaspekte. Haben die Hersteller das Thema im Griff?
Verglichen mit anderen hochverdichteten Energieträgern kann sich die Batterie wirklich sehen lassen – sie ist heute sicherer als ein Benzintank. Das liegt nicht allein am Aufbau, auch eine ausgefeilte Formierung ist dafür wichtig. Damit bezeichnet man die ersten Lade- und Entladezyklen, die an der Oberfläche des Anodenmaterials eine spezifische Grenzschicht entstehen lassen. Wenn es trotz aller Vorkehrungen Sicherheitsprobleme gibt, liegt es zumeist weniger an den Batterien selbst als am Lademanagement.