Interview mit Akira Yoshino »Zellfertigungen sollte es auch in Europa geben«

Irina Hübner im Gespräch mit Akira Yoshino.
Irina Hübner im Gespräch mit Akira Yoshino.

Dr. Akira Yoshino, der Erfinder des Lithium-Ionen-Akkus, war zu Besuch bei Asahi Kasei in Deutschland. Die Elektronik nutzte die Gelegenheit, um sich mit ihm über den aktuellen Stand der Akkutechnik sowie über die Zukunft der Akkufertigung zu unterhalten.

Dr. Yoshino, Sie gelten als Erfinder des Lithium-Ionen-Akkus. Haben Sie von Anfang an geahnt, welches Po­tenzial ihre Erfindung hat?

Dr. Akira Yoshino: Nein, zu 99 Prozent war mir das nicht klar. Aber eine kleine Vorahnung von etwa 1 Prozent hat man manchmal.

Wie viele Anläufe bezüglich der Materialzusammensetzung mussten Sie machen, bevor Sie ein leistungsfähiges Produkt auf den Markt bringen konnten?

Gemessen in Zeit habe ich fünf Jahre lang gebraucht, um die technischen Voraussetzungen für heutige Lithium-Ionen-Batterien zu schaffen. Noch weitere fünf Jahre waren nötig, um die technischen Möglichkeiten für die Produktion zu schaffen. Dann war das Produkt zwar marktreif, aber der Markt war noch nicht sofort da. Es dauerte schließlich noch weitere fünf Jahre, um Lithium-Ionen-Batterien zu etablieren.

Insgesamt also eine doch lange Zeit.

Das ist eigentlich der gängige Zeitraum für solche Erfindungen.

Die Entflammbarkeit von Lithium-Ionen-Akkus stellt immer noch ein Problem dar. Welche Ansätze sollten noch verfolgt werden, um schwerer entflammbare Produkte zu fertigen?

Um einen Lithium-Ionen-Akku zu fertigen, braucht man einen ionenhaltigen Elektrolyten. Früher wurden dazu wasserhaltige Elektrolyten benutzt, die den Vorteil hatten, nicht brennbar zu sein. Jedoch sind Lithium-Ionen-Akkus mit wasserhaltigem Elektrolyten verhältnismäßig groß und schwer. Um kleinere und leichtere Akkus herstellen zu können, musste man den Kompromiss eingehen, einen organischen Elektrolyten zu verwenden. Der Preis, den man dafür zahlen musste, war die Entflammbarkeit von Lithium-Ionen-Akkus.

Zahlreiche Forscher haben daran gearbeitet, die Verwendung organischer Elektrolyte so sicher wie möglich zu machen und auch heute gibt es weiterhin Bestrebungen, die Sicherheit von Lithium-Ionen-Akkus zu optimieren. Ein Lösungsansatz ist der Festkörperelektrolyt.

Welche Maßnahmen halten Sie für sinnvoll, um das Risiko des sogenannten „Thermal Runaway“ einzudämmen? Wird immer ein Restrisiko bleiben?

Zur Risikominimierung wurden bereits doppelte und dreifache Sicherungsmaßnahmen in die Akkus eingebaut, zum Beispiel ein Separator, der Anoden und Kathoden schützt. Außerdem gibt es thermische Schutzmaßnahmen. Die Verwendung eines schwer entflammbaren Lösungsmittels für den Elektrolyten ist eine solche Schutzmaßnahme. Es wird also sehr viel getan, um die notwendige Sicherheit zu gewährleisten. Sehen Sie, es gibt mittlerweile fünf Milliarden Elektrogeräte mit Lithium-Ionen-Akku. Wenn es davon bei zwei oder drei Geräten zu einem Zwischenfall kommt, dann ist das eine wirklich geringe Unfallquote.

Das ist also ein Risiko, das man Ihrer Meinung nach tolerieren muss?

Bei Standard-Industrieprodukten wird die Fehlerquote in ppm gemessen, also in Ausfällen pro Millionen Produkte. Bei Akkus hingegen wird die Fehlerquote im ppb-Bereich angegeben, also in Ausfällen pro Milliarden Geräten. Ich will nicht sagen, dass auftretende Fehler zu tolerieren sind. Aber es ist mir wichtig, zu erwähnen, dass die Ausfallquote bei Akkus bereits sehr gering ist.

Sehen Sie die Zukunft der Zellfertigung ausschließlich in China oder auch in Europa?

Das hängt von der Anwendung ab. Produktionsstätten für Batterien von
Mobilgeräten oder IT-Geräten werden wahrscheinlich in China, Korea oder Japan bleiben. Aber gerade bei Batterien für Elektroautos sollten die Zellfertigungen näher an den Produktionsstätten der Elektrofahrzeuge liegen, das heißt auch in Europa.

Wird es künftig zu Beschaffungsproblemen verschiedener Rohstoffe kommen?

Erst einmal zu Lithium: Die Lithium-Minen liegen überwiegend in Südamerika. Deshalb wurde durchaus darüber diskutiert, ob die Beschaffung langfristig sichergestellt werden kann. Aber meiner Meinung nach gibt es genügend Lithium-Vorkommen auf der Erde. Erst kürzlich haben neue Minen in Australien die Produktion aufgenommen.

Bei Kobalt ist die Situation anders. Wenn zunehmend Elektroautos auf die Straße kommen, kann es durchaus sein, dass Kobalt knapp wird. Deshalb versucht man bereits seit Längerem, den Anteil von Kobalt im Kathodenmaterial zu reduzieren. Immerhin konnte der Kobaltgehalt inzwischen auf 5 Prozent reduziert werden, aber das reicht leider noch nicht aus.

Die Rohstoffe, auf die ausgewichen wird, sind ausreichend vorhanden?

Anstelle von Kobalt wird der Anteil von Nickel erhöht. Momentan gibt es noch große Kapazitäten an Nickel, doch natürlich könnte es irgendwann zu Beschaffungsproblemen kommen, wenn Nickel auch für die Akkus von Elektroautos benötigt wird. Derzeit wird Nickel hauptsächlich für rostfreien Stahl verwendet. Es kann natürlich sein, dass die Verwendung für Elektroautos zukünftig als wichtiger eingeschätzt wird als die für rostfreien Stahl. Insgesamt ist es von größter Bedeutung, dass die verwendeten Materialien wieder recycelt werden und dass eine vernünftige Kreiswirtschaft entsteht – insbesondere bei Elektroautos.

Kann der Bedarf von Lithium-Ionen-Akkus zukünftig überhaupt gedeckt werden? Ist es möglich, schnell genug die erforderlichen Zellfertigungen aufzubauen?

Ich sehe Schwierigkeiten bei den Investitionskosten für Akkufertigungen im Bereich Elektroautos. Denn die Produktion von Akkus für Elek­troautos ist viel aufwendiger als die Produktion von Akkus für Mobilgeräte. Die Schwierigkeit ist, dass die Wachstumskurve von Elektroautos nicht absehbar ist und die Hersteller investieren nicht immer synchron zum Marktwachstum. In manchen Phasen besteht also ein Ungleichgewicht zwischen Marktbedarf und Produktion.

Aber wenn der Marktbedarf rasant wächst, dann kommt der Aufbau der Produktionskapazitäten nicht hinterher. Was lässt sich dagegen tun?

Verschiedene Batteriehersteller planen bereits Produktionsstätten. Trotzdem ist ein gewisser Mut für eine solche Investition nötig. Alternativ könnte man sich überlegen, ob jemand anderes die riesigen Investitionskosten tragen soll. Möglich wäre zum Beispiel, dass die Kosten von den Regierungen oder von den Automobilherstellern getragen werden. Oder alle Beteiligten könnten die Kosten untereinander aufteilen.

Fahren Sie eigentlich elektrisch?

Ich fahre ein Hybridauto von Toyota.

Dr. Akira Yoshino

wurde am 30. Januar 1948 in Fujisawa, in der japanischen Kanagawa-Präfektur geboren. Bereits 1972 begann er parallel zu seinem Masterstudium in Chemie seine Arbeit bei Asahi Kasai. Im Jahr 2005 erwarb er seinen Doktortitel in Ingenieurwissenschaften an der Universität Osaka. Bei Asahi Kasai war Yoshino viele Jahre lang im Labor in Kawasaki tätig, bevor er 1992 zum Leiter der Ionen-Batterie-Entwicklungsabteilung ernannt wurde. Weitere Stationen als Leiter der Ionen-Batterie-Gruppe und der Entwicklungsabteilung für Batteriematerialien folgten. 2005 wurde er schließlich Generaldirektor des nach ihm benannten Yoshino-Labors bei Asahi Kasei.

Yoshino wurde für seine Arbeit nun für den Europäischen Erfinderpreis 2019 vom Europäische Patentamt nominiert. Der Preis wurde 2006 vom EPA ins Leben gerufen und ehrt Erfinder, deren Erfindungen Lösungen für einige der drängendsten Probleme unserer Zeit darstellen.