Interview mit Professor Tübke

»Die Superbatterie ist noch nicht in Sicht«

Professor Jens Tübke, Produktbereichsleiter »Angewandte Elektrochemie« am Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie ICT und Sprecher der Fraunhofer-Allianz Batterien.

Prof. Dr. Jens Tübke, Sprecher der Fraunhofer-Allianz Batterien

Prof. Dr. Jens Tübke, Sprecher der Fraunhofer-Allianz Batterien

Im Interview erklärt Professor Jens Tübke wo die größten Herausforderungen in der Batterieforschung liegen, was die Automobilhersteller tun sollten – und warum die Angst vor der Konkurrenz aus China unbegründet ist. 

Was sind im Bereich Batterie derzeit die spannendsten Forschungsprojekte?

Es gibt eine ganze Reihe. Vielversprechend sind zum Beispiel aktuelle Arbeiten zu Lithium-Schwefel-Akkus. Diese Akkus sind deutlich leichter als herkömmliche Energiespeicher. Da arbeiten zum Beispiel die Kolleginnen und Kollegen vom Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS und die Kollegen des Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie ICT daran. Neben den Elektrodenmaterialien Schwefel, Lithium oder auch Silizium-Kohlenstoffkompositen forschen wir auch an Kohlenstoff-Nanomaterialien, die eine wesentlich bessere Stromleitfähigkeit haben und so helfen, dass Batterien effizienter arbeiten.

Im Projekt »EMBATT«, das vom Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS in Dresden und Partnern realisiert wird, geht es neben der Materialentwicklung auch um ein verbessertes Zellendesign, womit für Elektroautos bei einem potenziellen Einsatz von Festkörperbatterien Reichweiten von bis zu 1000 Kilometern angepeilt werden. Die Liste der Projekte ließe sich noch weiterführen.
 

Gibt es bei all den Einzelprojekten so etwas wie eine grundlegende Strategie?

Ja, ganz klar. Im Bereich der angewandten Forschung fokussiert Fraunhofer stark auf die ingenieurstechnische Weiterentwicklung im Rahmen der Entwicklung und Optimierung von Materialien. Bei der Herstellung der Batterien müssen energie- und zeitraubende Prozesse verschlankt werden. Gerade im Bereich Automobilbau ist das entscheidend. 


Prozesse verschlanken, Materialien optimieren – das klingt nicht sehr spektakulär.

Mag sein, aber in der angewandten Forschung geht es auch um die Wirtschaftlichkeit. Mit den heute produzierten E-Autos wird man vielleicht in 15 oder 20 Jahre noch unterwegs sein. Eine Batterie muss im Fahrzeug also sehr lange halten. Und sie muss sich über diesen Zeitraum rechnen.

Unser Ziel ist es daher, Batterien zu entwickeln, die nicht nur technisch hervorragend sind, sondern auch einen wirtschaftlichen Betrieb zulassen. Da reicht es nicht, sich nur auf Parameter wie Energiedichte, Ladezyklus oder Lebensdauer zu konzentrieren.


In welchen Bereichen erwarten Sie einen wissenschaftlichen Durchbruch?

Wir sind in unseren Projekten auf einem guten Weg und verfolgen vielversprechende Ansätze. Aber alle Experten, die auf dem Gebiet der Speichertechnik forschen, sind sich einig, dass der große Durchbruch zur »Superbatterie« in naher Zukunft eher unwahrscheinlich ist. In fünf Jahren werden wir vermutlich Batterien herstellen, die mit gleicher Technik und ähnlichen Materialien arbeiten wie heutige Modelle. Sie sind aber deutlich kostengünstiger und von der Systemseite her besser zu managen. Diese Batterien werden sicherer sein, Ladestand und Betriebsdauer werden besser vorhersagbar und das Batterie-Monitoring ist dann exakter und zuverlässiger. Darin liegt ein großer Fortschritt, denn das ist für den Praxiseinsatz bei Elektroautos enorm wichtig. Die Sicherheit der Batterien und das problemlose Handling im Alltag sind Voraussetzungen dafür, dass die Verbraucher in die neue Technik Vertrauen fassen und sich überhaupt ein Elektroauto kaufen.


Zurzeit forschen viele Unternehmen, Konsortien und Universitäten auf eigene Faust an Speichertechnologien. Wäre es nicht sinnvoll, die Aktivitäten zu bündeln und einen gemeinsamen Batteriestandard zu entwickeln?

Forschung zu bündeln, zu koordinieren, aufeinander abzustimmen – das ist sicher ein wichtiges Thema. Dafür gibt es in der deutschen Forschungslandschaft bereits vielfältige Aktivitäten. Zum Thema Standardisierung, speziell in der Frage, wie soll eine zukünftige Batteriezelle aussehen – nein, für eine solche Standardisierung ist es noch viel zu früh. Die Technologie ist ja noch sehr jung. 


Aber Batterien gibt es doch schon sehr lange …

Wenn Sie die Mignon-Batterie für das Kofferradio meinen, stimmt das. Aber hier geht es um hochleistungsfähige Energiespeicher für E-Autos oder die Notstromversorgung im Haus. Die Lithium-Ionen-Technik ist noch nicht so lange auf dem Markt. Leistungsfähige Akkus auf Lithium-Ionen-Basis haben den Markt maßgeblich um die Jahrtausendwende erobert, eine Sättigung des Marktes ist seit etwa 2010 zu beobachten. Richtig großformatige Zellen gibt es erst seit wenigen Jahren. Die Technologie ist also noch verhältnismäßig jung und keineswegs ausgereift.


Frühzeitig Standards definieren würde vielleicht helfen, schneller ans Ziel zu kommen …

Im Gegenteil. In dieser Phase braucht man noch eine Menge Kreativität und Entwicklungsspielraum. Nur so kann man optimale Ergebnisse für das jeweilige Gerät oder die Anwendung erzielen. Das Zusammenspiel zwischen Batterie und Auto beispielsweise ist eine sehr individuelle Sache, da kommen Sie mit Standardakkus nicht sehr weit.
Wenn die Hersteller jetzt schon auf limitierende Standards setzen würden, wären viele Optionen bei der individuellen Optimierung und Entwicklung für den jeweiligen Einsatzzweck blockiert. Herstellerübergreifend sollte natürlich frühzeitig auch nach gemeinsamen Wegen zur geeigneten Antriebssbatterie gesucht werden.


In der deutschen Wirtschaft geht die Angst um vor den Herstellern aus Asien. Vor allem China setzt sehr stark auf Elektroautos.

Mir ist vor der Konkurrenz aus Asien nicht bange. Asiatische Hersteller fertigen im Wesentlichen nach den Spezifikationen der internationalen Elektronikhersteller. Wirklich eigenes Know-how in der Batterieentwicklung ist wenig vorhanden. Die europäischen Automobilhersteller müssen aber mehr in der Fertigung tun. Sie könnten beispielsweise Materialien wie beschichtete Elektroden, Separatoren und Elektrolyte kaufen und dann den Verarbeitungs- und Herstellungsprozess optimieren.
Forschung und Industrie müssen sich im Bereich der Elektromobilität verstärkt den Themen zuwenden, die den Kunden wichtig sind. Das sind nicht nur die Lebensdauer und die Leistung der Batterie, sondern vor allem Aspekte wie Sicherheit oder auch die Ladezeit. Die ist derzeit noch zu lang. Kein Autofahrer will stundenlang an der Ladestation warten, bis der Akku wieder voll ist. Auch hier hat Fraunhofer entsprechende Forschungsprojekte am Start.


Wie steht die Batterieforschung der Fraunhofer-Gesellschaft im internationalen Wettbewerb da?

Sehr gut. Mit unseren Projekten sind wir erfolgreich und anerkannt. Außerdem verfügen wir über zahlreiche Patente und Lizenzen. Eine der Stärken von Fraunhofer ist die Ausrichtung an den Bedürfnissen der Industriekunden. Wenn es um maßgeschneiderte kundenspezifische Lösungen geht, sind wir auch weltweit gesehen ganz vorne dabei.


Wie wird die Batterie in zehn Jahren aussehen? Was wird sie leisten?

In den nächsten zehn bis  fünfzehn Jahren werden wir im Bereich der Hochvoltspeicher vermutlich noch mit sehr ähnlichen Materialien wie heute arbeiten, doch deren Leistung wird durch neue Verfahrenstechniken wesentlich besser sein. Daneben ist der Energiespeicher der Zukunft leicht zu recyceln, günstiger in der Produktion und deshalb auch für den Endverbraucher wirtschaftlicher.
 

Das Interview führte Mehmet Toprak.