Dienstag, April 16, 2024

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Elektromobilität: Wie es in diesem Jahr mit der Batterietechnologie weitergeht

Die Welt setzt zunehmend auf Energie aus wiederaufladbaren Batterien. Bis 2022 wird der Anteil von Elektrofahrzeugen am weltweiten Autoabsatz 10 Prozent überschreiten, bis Ende des Jahrzehnts sollen es 30 Prozent sein. Und die Politik auf der ganzen Welt wird dieses Wachstum nur beschleunigen: Die jüngste Klimagesetzgebung in den USA beispielsweise pumpt Milliarden in die Batterieproduktion und Anreize für den Kauf von Elektrofahrzeugen. Und die Europäische Union und mehrere US-Staaten wollen Verbrennungsmotoren im nächsten Jahrzehnt verbieten.

Die meisten Elektrofahrzeuge werden heute von Lithium-Ionen-Batterien angetrieben, einer jahrzehntealten Technologie, die bekanntermaßen auch in Laptops und Mobiltelefonen verwendet wird. Jahre der Entwicklung haben dazu beigetragen, die Preise zu senken und die technische Leistung zu verbessern, sodass die heutigen Elektrofahrzeuge allmählich am Preisschild von Verbrennungsmotoren kratzen – und zwischen den Ladevorgängen Hunderte von Kilometern zurücklegen können. Auch Lithium-Ionen-Batterien finden neue Anwendungen. Sie finden sich zunehmend in Netzzwischenspeichern, die helfen sollen, schwankende Strommengen aus erneuerbaren Quellen wie Wind und Sonne auszugleichen.

Aber es gibt noch viel Raum für Verbesserungen. Sowohl Universitätslabore als auch Unternehmen suchen nach Möglichkeiten, die Batterietechnologie zu verbessern: Kapazität erhöhen, Ladezeiten verkürzen und Kosten (weiter) senken. Gleichzeitig treiben Bedenken hinsichtlich der Verfügbarkeit wichtiger Batteriematerialien wie Kobalt und Lithium die Suche nach Alternativen zur herkömmlichen Lithium-Ionen-Batteriechemie voran. 2023 könnte in dieser Hinsicht ein entscheidendes Jahr werden.

Ein Bereich, den man in diesem Jahr im Auge behalten sollte, sind sogenannte Festkörperbatterien. Lithium-Ionen-Batterien und chemisch verwandte Systeme verwenden ein flüssiges Elektrolytmaterial. Festkörperbatterien sollen mehr Energie auf kleinerem Raum speichern, was die Reichweite von Elektrofahrzeugen erhöhen würde. Im Idealfall sind die Ladezeiten kürzer und die Brandgefahr sinkt.

Festkörperbatterien können auch eine große Vielfalt von Batteriematerialien verwenden. Ein Hauptkandidat für die Kommerzialisierung ist Lithiummetall. Quantumscape beispielsweise konzentriert sich auf diese Technik und hat vor dem Börsengang im Jahr 2020 Hunderte Millionen Dollar an Investmentfonds aufgebracht. Das Unternehmen hat einen Vertrag mit Volkswagen unterzeichnet, der den Einsatz der Batterien in Autos bis 2025 ermöglicht.

Die Batterie neu zu erfinden ist jedoch schwierig. Beispielsweise gibt es bei Lithium-Metall-Batterien Bedenken hinsichtlich Verschleiß und Herstellungsproblemen. Aber Ende Dezember kündigte Quantumscape an dass es erste Muster zu Testzwecken an Partner in der Automobilindustrie geliefert hat – ein wichtiger Meilenstein auf dem Weg zur Einführung von Festkörperbatterien im Auto. Andere Anbieter von Festkörperbatterien, wie Solid Power, entwickeln sich ebenfalls und wollen bald erste Tests durchführen.

Festkörperbatterien sind nicht die einzige neue Batterietechnologie, auf die man dieses Jahr achten sollte. Natrium-Ionen-Batterien sind eine weitere Alternative. Diese Batterien haben einen ähnlichen Aufbau wie Lithium-Ionen-Batterien, einschließlich eines flüssigen Elektrolyten, verwenden jedoch anstelle von Lithium Natrium als Hauptbestandteil. Berichten zufolge plant der chinesische Batteriegigant CATL, bereits 2023 mit der Massenproduktion dieser Batterien zu beginnen.

Obwohl Natrium-Ionen-Batterien nicht von Natur aus leistungsstärker sind, können sie die Kosten senken, da sie billigere und leichter verfügbare Materialien als Lithium-Ionen-Batterien verwenden. Allerdings ist unklar, ob diese Batterien die aktuellen Anforderungen an Reichweite und Ladezeit für Elektrofahrzeuge erfüllen können. Deshalb konzentrieren sich mehrere Unternehmen, die diese Technologie entwickeln – darunter das amerikanische Unternehmen Natron – zunächst auf weniger anspruchsvolle Anwendungen wie stationäre Batteriespeicher oder E-Bikes und Scooter.

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