Montag, 19.08.2019
 
Seit 15:35 Uhr @mediasres
StartseiteForschung aktuellAuf dem Weg in die Post-Lithium-Ära08.08.2019

BatterieforschungAuf dem Weg in die Post-Lithium-Ära

Rund 50 Millionen Euro investieren der Bund und das Land Baden-Württemberg in die Batterieforschung in Ulm - ursprünglich mit dem Ziel, die Produktion von Batterien für Elektroautos anzuschieben. Doch diese "Forschungsfertigung" wird nun in Münster stattfinden, die Ulmer Forscher haben neue Ziele.

Von Hellmuth Nordwig

Hören Sie unsere Beiträge in der Dlf Audiothek
Elektroden-Wickelmaschine im Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoffforschung ZSW (Foto: ZSW)
Elektroden-Wickelmaschine im Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoffforschung ZSW (Foto: ZSW)
Mehr zum Thema

Batteriezellforschung in Deutschland "Jetzt nochmal die richtige Zeit einzusteigen"

Elektromobilität Deutschland sucht den Superakku

Für Wind- und Solarstrom Batteriespeicher ohne Lithium

Das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoffforschung ZSW in Ulm untersucht, wie Zellen für Lithium-Ionen-Batterien am effektivsten produziert werden können. Gerade stellt ein Ingenieur eine Maschine ein, die das Ausgangsmaterial für eine der beiden Elektroden im richtigen Verhältnis mischt, erklärt Stefan Rößler:

"Auf der Kathode haben wir das anspruchsvolle Material. Das ist Nickel, Mangan, Kobalt. In der nächsten Zellgeneration 8:1:1, also acht Teile Nickel, ein Teil Mangan, ein Teil Kobalt."

Das ist ein geringerer Kobalt-Anteil als früher. Denn das Metall könnte schon bald knapp werden. In Gefäßen, die aussehen wie große Milchkannen, werden die Metallpulver sorgfältig mit ein bisschen Wasser zu einer grauen Paste gemischt.

Ein Stockwerk höher dann ein Raum so groß wie eine Turnhalle. Hier geschieht, was später über die Qualität der Batterie entscheidet: die Elektroden werden beschichtet. Über einer großen Rolle Alufolie wird eine breite Düse platziert, die dann eine dünne Schicht mit der grauen Paste auf der Folie ablegt. Stefan Rößler:

"Da sehen wir den Kollegen gerade, wie er die Beschichtungsdüse einstellt. Dabei ist es sehr wichtig, dass auf jeder Fläche gleich viel von dem Aktivmaterial liegt, sodass die Ladung von der Batterie über das ganze Elektrodenband gleichmäßig verteilt ist. Wir tragen das auf, haben also das Wasser noch in der Paste drin. Dafür haben wir diese Trockenstrecke aufgestellt, die ist 15,5 Meter lang, damit da das Wasser ausdampfen und die Elektrode trocknen kann."

Batterien ohne Lithium, Kobalt und Nickel

Etwa 30 Meter Elektrodenmaterial pro Minute können die Ulmer Experten herstellen - für die Forschung reicht das aus. Für Fahrzeuge werden Batteriezellen aber vor allem in China und Korea produziert. Doch den Forschenden in Baden-Württemberg geht es nicht in erster Linie darum, den südasiatischen Herstellern Konkurrenz zu machen. Sie wollen das vorbereiten, was sie die Post-Lithium-Ära nennen. Also Batterien entwickeln, die ohne Lithium auskommen und dank einer neuen Architektur auch ganz ohne Kobalt und Nickel. Die ersten Alternativen sollen schon bald so weit sein, berichtet Maximilian Fichtner vom Ulmer Helmholtz-Zentrum:

"Natrium-Ionen-Batterien sind sehr gut am Laufen eigentlich schon. Die sind schon fast auf dem Markt. Allerdings werden die sich eher für den stationären Bereich eignen und weniger für Fahrzeuge."

Energiespeicher für regenerativen Strom

Zum Beispiel als Energiespeicher für regenerativen Strom. Natrium wird hier also Lithium ersetzen. Auch an Batterien mit Magnesium arbeiten die Forschenden. Es hat einen großen Vorteil, erläutert Fichtner:

"Magnesium kommt überall auf der Erde vor. Wir haben es hier auf der Schwäbischen Alb zur Hälfte im Gestein, wir bräuchten nur hinter dem Haus zu graben. Während Lithium nur in ein paar Salzseen in Südamerika vorkommt."

Ganz neue Arten von Batterien für die Zukunft wollen die Wissenschaftler also entwickeln. Und zugleich die Prozesse besser verstehen, die gerade jetzt wichtig sind für die Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien, sagt Stefan Rößler:

"Das ist ein sehr empfindlicher Prozess. Da muss man sehr genau hingucken, dass man den automatisieren kann. Und das ist gerade die Aufgabenstellung von uns."

Auch beim letzten Schritt, der Zellfertigung: Dabei werden die Elektrodenfolien zigmal zusammengewickelt in einem Kästchen, das letztlich nur so groß ist wie ein Taschenbuch. Wenn dann noch ein Elektrolyt, also die leitfähige Flüssigkeit, eingefüllt wird und elektrische Kontakte dran kommen, ist die Batteriezelle fertig. Ein paar Dutzend davon stecken in jedem Elektroauto.

Das könnte sie auch interessieren

Entdecken Sie den Deutschlandfunk