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Entwicklung mobiler Speichertechnologie

»Das Zauberwort lautet Qualitätsstabilisierung«!

20. April 2023, 13:34 Uhr | Engelbert Hopf

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

"Endprodukt wird wohl die Lithium-Luft-Zelle sein"

Seit Jahren gibt es Diskussionen über die Verfügbarkeit von Rohmaterialien im Zusammenhang mit Lithium-Ionen-Batterien. Wie beurteilen Sie diese Diskussionen? Könnte die Rohmaterialfrage irgendwann mal entscheidend werden?

Ich glaube, diesen Aspekt muss man in erster Linie von der psychologischen Seite her betrachten. An Lithium herrscht kein Mangel! Die preiswerteste Quelle ist derzeit Bolivien. Sollte sie einmal versiegen, ist die größte Lithium-Quelle auf diesem Planeten aber das Meer. Kritischer sind Nickel und Cobalt. Cobaltdioxid hat als erstes Kathodenmaterial in dieser neuen Batterietechnik wirklich funktioniert. Cobalt ist der Stoff, der das Spannungsniveau in der Zelle aufrechterhält. Nickel hingegen stammt zu 90 Prozent aus der Stahlproduktion. Für Lithium-Ionen-Zellen mit 3,7 V Spannung ist ein Mindestgehalt an Nickel und Cobalt notwendig. Lithium-Eisenphosphat ist eine Möglichkeit, den Nickelbedarf zu reduzieren, allerdings hat das die bekannten Performance-Nachteile zur Folge.

Wenn Sie in die Zukunft der Lithium-Ionen-Technologie blicken, wie wird diese aussehen? Wo werden wir hier hinsichtlich Leistungsdichte und Ähnlichem landen? Wird die Feststoffzelle hier der Endpunkt sein?

Nein, das Endprodukt wird wohl die Lithium-Luft-Zelle sein, das Kathoden-Material wird sich dann nicht mehr in der Zelle befinden. Wenn man die aktuelle Zellenentwicklung betrachtet, dann erreicht Tesla bei seinen Akkuzellen derzeit 320 Wh/kg. Eine Performance von 280 Wh/kg dürfte im Durchschnitt für die verschiedenen Anwendungen der Lithium-Ionen-Technologie ausreichend sein. Wenn man das Thema Feststoffzelle betrachtet, dann bringt sie in erster Linie Sicherheit! Man muss sich einfach darüber im Klaren sein, dass je höher die Energiedichte der klassischen Lithium-Ionen-Zellen ist, desto größer kann das Feuerwerk sein, wenn mal etwas schiefgeht. Mit der Feststofftechnologie wird dies nicht der Fall sein.

Recycling war immer so was wie ein Nischenthema. Warum wurde das so stiefmütterlich behandelt? Führt daran in Zukunft nun definitiv kein Weg mehr vorbei?

Das Drama begann ja mit NiCd und der Müllverbrennung, die das Cadmium wunderbar über die Landschaft verteilt hat. In der Konsequenz wurde ihr Einsatz für Consumer-Anwendungen untersagt. Im professionellen Bereich kommt NiCd bis heute zum Einsatz. Bei Blei haben wir eine Recycling-Quote von 95 Prozent. Nur die Glasfaservliese werden dort nicht wiederverwendet. Bei Lithium-Ionen-Zellen ist das komplizierter. Letztlich hilft da nur ein globaler Ansatz mit einer klaren Normung, was die Kennzeichnung der Batterien angeht, damit die Roboter, welche die Geräte dann in Recycling-Betrieben zerlegen, wissen, wie sie die Geräte und Packs zu zerlegen haben. Angesichts ständig teurer werdender Rohstoffe wie Cobalt und Nickel ist Secondary Mining für die Zukunft absolut alternativlos!

Wenn Sie die unterschiedlichen Applikationen vom Energy-Harvesting bis zur Energieversorgung eines Trucks oder ähnlich großen Fahrzeugen ansehen – wird es in Zukunft unterschiedliche Batterie- und Akku-Technologien für verschiedene Anwendungsbereiche geben oder läuft alles auf eine Technologie hinaus?

Im Consumer-Bereich wird es die Lithium-Ionen-Technologie sein, und ich gehe davon aus, dass dort hauptsächlich die NCM-Variante dominieren wird. Schließlich soll die Batterie für mein Pad nicht mehrere hundert Gramm wiegen. Anders sieht es im Schwerlastverkehr aus, da wird Lithium-Eisenphosphat ganz klar dominieren. Wenn es um das Thema Rekuperieren und Schnellladefähigkeit geht, dann ist Lithium-Eisenphosphat King!

Wenn Sie zurückblicken, in welchem Punkt haben Sie sich in den Jahren Ihrer beruflichen Karriere einmal grundlegend in Ihrer Einschätzung geirrt?

Das war beim Thema Carbon-Nanotubes! Wenn Sie vor 20 Jahren irgendeinen Förderantrag gestellt haben, dann musste das Buzzword Carbon-Nanotubes da unbedingt auftauchen! Stattdessen ist dann Graphen durchgestartet. Im Gegensatz zu Carbon-Nanotubes ist Graphen viel einfacher handhabbar, das war der entscheidende und marktrelevante Unterschied. Positiv überrascht haben mich die Super-Caps, und zwar in Hinblick auf Energiedichte und Leistungsvolumen. Vor 20 Jahren passten in 0,5 l 1 F. Heute kriegt man das in 30 ml unter!

Lithium-basierte Produkte für die E-Mobility verteuern die Fahrzeuge erkennbar. Lässt sich das abfedern oder wird der Einfluss der Rohstoffbranche hier in Zukunft noch deutlich zunehmen?

Es ist ja nicht nur die reine Zelle, es ist ja das System, an dem man ansetzen muss, von der Wandlertechnik über die Verkabelung bis zum Gehäuse. Es muss sich die Einsicht durchsetzen, dass es nicht immer um die beste, sondern um die kosteneffizienteste Lösung für die jeweilige Applikation geht. Angesichts der Tatsache, dass nur 65 bis 70 Prozent der Kosten zellgebunden sind, gibt es da eine Vielzahl von Stellschrauben. Einen riesigen Nutzen hätte endlich einmal eine Normung bei den verwendeten Zellformaten.

In der Wettbewerbssituation gegenüber Brennstoffzellen, Supercaps und Wasserstoff – welche Chancen geben Sie Batterien und Akkus langfristig?

Ich gehe davon aus, das Lithium-Ionen vielen persönlichen Mobil-Applikationen vorbehalten bleibt. Wenn es um das Thema Schwerlastverkehr geht, dann setze ich ganz klar auf Wasserstoff. Super-Caps schließlich sind für mich ein optimales Produkt für die Zwischenspeicher von Energie im Bereich der Erneuerbaren. Ich denke, diese Dreiteilung wird sich in Zukunft am Markt durchsetzen.