"Das ist ein Hybrid-Fahrzeug. Und das besondere daran ist die Lithium-Ionen-Batterie, die hinten im Kofferraumbereich eingebaut ist."
Rolf Krause vom Lithium-Ionen-Team bei Degussa. Ein Hybrid-Fahrzeug besitzt zusätzlich zum Verbrennungsmotor noch einen Elektroantrieb. Er unterstützt beim Beschleunigen den herkömmlichen Motor und legt so noch mal einen Zahn zu. Die Energie dafür nimmt er aus der Lithium-Ionen-Batterie. Die lädt sich während der Fahrt auf.
"Dient als Energiespeicher, eben um die Bremsenergie aufzunehmen und dann beim Beschleunigen wieder abzugeben."
Normalerweise stecken solche Akkus in Mobiltelefonen oder in Notebooks. Weil sie bei einem relativ kleinen Gewicht eine hohe Menge an Energie speichern können. Aber genau diese Eigenschaft lässt die Fliegengewichte natürlich auch attraktiv erscheinen für Hybrid-Fahrzeuge, so Dr. Gerhard Hörpel von Degussa.
"Und vor dem Hintergrund, dass die Autoindustrie eigentlich fast um jedes Gramm weniger am Automobil ringt, um das Auto leichter und damit den Verbrauch günstiger zu machen, ist das hier natürlich der gewiesene Weg."
Jedoch: Bevor die Lithium-Ionen-Batterien serienmäßig in Autos eingebaut werden können, müssen sie noch sicherer werden. Denn jeder Akku dieses Typs besitzt naturgemäß eine Schwachstelle: seinen Aufbau aus einzelnen leitfähigen Schichten, die immer abwechselnd zum Plus- und zum Minuspol der Batterie führen. Eine dünne, isolierende Folie aus Kunststoff, ein so genannter Separator, trennt die gegensätzlich geladenen Schichten voneinander. Das Separator-Material ist aber nur bis zu einer bestimmten Temperaturgrenze stabil.
"Wenn aus irgendwelchen Gründen ein Batterie, sagen wir mal durch Kurzschluss, diese Temperatur übersteigt, was ja leicht vorstellbar ist – insbesondere bei immer größer werdenden Zellen, dann ist ein Kunststoffseparator einfach nicht mehr geeignet, diese Temperaturen auszuhalten."
Die Folge: Die Folie zieht sich zusammen, Plus und Minus berühren sich, und der Kurzschluss heizt die Temperatur noch weiter auf. Bis der Akku schließlich in Flammen aufgeht oder sogar explodiert. Und deshalb haben die Forscher aus Marl eine Folie aus einem ungewöhnlichen Material erschaffen: aus Keramik. Sie widersteht Temperaturen bis zu 500 Grad Celsius. Und obwohl Keramik normalerweise eher hart und spröde ist, lässt sich das Material aus dem Degussa-Labor jeder Form anpassen.
"Das heißt der Trick ist eigentlich hier, die Keramik ultradünn zu machen und die Verfestigung so zu machen, dass sie eine gewisse Flexibilität noch erlaubt."
In einer Versuchshalle zeigt Gerhard Hörpel, wie die Keramik-Folien hergestellt werden. Als feines, weißes Pulver wird das Material in Wasser gegeben, zusammen mit einigen Hilfsstoffen, so dass eine Art dünnflüssiger Schlamm entsteht. Anschließend trägt eine Maschine diesen Schlamm auf ein Kunststoff-Vlies auf, imprägniert es förmlich damit. Dann wird das Vlies getrocknet, und die einzelnen winzigen Körnchen verbacken miteinander, so dass eine dünne, aber biegsame Keramikschicht entsteht. Durchzogen von winzigen Kanälchen. Dort hindurch müssen nämlich die geladenen Lithium-Atome, eben jene Ionen, wandern - beim Laden und Entladen, von Plus nach Minus und umgekehrt.
"Also auf diesen Rollen sehen Sie den fertig produzierten Separator. Wenn ich das anfühle, fühlt es sich wie Papier an und ist trotzdem sehr porös."
Die erste Nagelprobe hat das neue Material auch schon hinter sich. Und zwar im wahrsten Sinne des Wortes: Die Forscher aus Marl haben eine Testbatterie mit einem spitzen Stahlstift durchbohrt. Eigentlich ein todsichere Methode, um die Batterie durch einen inneren Kurzschluss in Brand zu setzen. Der Keramik-Akku aber hielt stand. Und das bedeutet: Auch bei einem Auto sollte die Batterie einen Unfall heil überstehen.
Rolf Krause vom Lithium-Ionen-Team bei Degussa. Ein Hybrid-Fahrzeug besitzt zusätzlich zum Verbrennungsmotor noch einen Elektroantrieb. Er unterstützt beim Beschleunigen den herkömmlichen Motor und legt so noch mal einen Zahn zu. Die Energie dafür nimmt er aus der Lithium-Ionen-Batterie. Die lädt sich während der Fahrt auf.
"Dient als Energiespeicher, eben um die Bremsenergie aufzunehmen und dann beim Beschleunigen wieder abzugeben."
Normalerweise stecken solche Akkus in Mobiltelefonen oder in Notebooks. Weil sie bei einem relativ kleinen Gewicht eine hohe Menge an Energie speichern können. Aber genau diese Eigenschaft lässt die Fliegengewichte natürlich auch attraktiv erscheinen für Hybrid-Fahrzeuge, so Dr. Gerhard Hörpel von Degussa.
"Und vor dem Hintergrund, dass die Autoindustrie eigentlich fast um jedes Gramm weniger am Automobil ringt, um das Auto leichter und damit den Verbrauch günstiger zu machen, ist das hier natürlich der gewiesene Weg."
Jedoch: Bevor die Lithium-Ionen-Batterien serienmäßig in Autos eingebaut werden können, müssen sie noch sicherer werden. Denn jeder Akku dieses Typs besitzt naturgemäß eine Schwachstelle: seinen Aufbau aus einzelnen leitfähigen Schichten, die immer abwechselnd zum Plus- und zum Minuspol der Batterie führen. Eine dünne, isolierende Folie aus Kunststoff, ein so genannter Separator, trennt die gegensätzlich geladenen Schichten voneinander. Das Separator-Material ist aber nur bis zu einer bestimmten Temperaturgrenze stabil.
"Wenn aus irgendwelchen Gründen ein Batterie, sagen wir mal durch Kurzschluss, diese Temperatur übersteigt, was ja leicht vorstellbar ist – insbesondere bei immer größer werdenden Zellen, dann ist ein Kunststoffseparator einfach nicht mehr geeignet, diese Temperaturen auszuhalten."
Die Folge: Die Folie zieht sich zusammen, Plus und Minus berühren sich, und der Kurzschluss heizt die Temperatur noch weiter auf. Bis der Akku schließlich in Flammen aufgeht oder sogar explodiert. Und deshalb haben die Forscher aus Marl eine Folie aus einem ungewöhnlichen Material erschaffen: aus Keramik. Sie widersteht Temperaturen bis zu 500 Grad Celsius. Und obwohl Keramik normalerweise eher hart und spröde ist, lässt sich das Material aus dem Degussa-Labor jeder Form anpassen.
"Das heißt der Trick ist eigentlich hier, die Keramik ultradünn zu machen und die Verfestigung so zu machen, dass sie eine gewisse Flexibilität noch erlaubt."
In einer Versuchshalle zeigt Gerhard Hörpel, wie die Keramik-Folien hergestellt werden. Als feines, weißes Pulver wird das Material in Wasser gegeben, zusammen mit einigen Hilfsstoffen, so dass eine Art dünnflüssiger Schlamm entsteht. Anschließend trägt eine Maschine diesen Schlamm auf ein Kunststoff-Vlies auf, imprägniert es förmlich damit. Dann wird das Vlies getrocknet, und die einzelnen winzigen Körnchen verbacken miteinander, so dass eine dünne, aber biegsame Keramikschicht entsteht. Durchzogen von winzigen Kanälchen. Dort hindurch müssen nämlich die geladenen Lithium-Atome, eben jene Ionen, wandern - beim Laden und Entladen, von Plus nach Minus und umgekehrt.
"Also auf diesen Rollen sehen Sie den fertig produzierten Separator. Wenn ich das anfühle, fühlt es sich wie Papier an und ist trotzdem sehr porös."
Die erste Nagelprobe hat das neue Material auch schon hinter sich. Und zwar im wahrsten Sinne des Wortes: Die Forscher aus Marl haben eine Testbatterie mit einem spitzen Stahlstift durchbohrt. Eigentlich ein todsichere Methode, um die Batterie durch einen inneren Kurzschluss in Brand zu setzen. Der Keramik-Akku aber hielt stand. Und das bedeutet: Auch bei einem Auto sollte die Batterie einen Unfall heil überstehen.