Batterien für die E-Mobilität Chemieindustrie forciert Batterie-Forschung für Elektrofahrzeuge

Damit sich der Elektroantrieb für Straßenfahrzeuge erfolgreich gegen Verbrennungsmotoren und Brennstoffzellen durchsetzen kann, muss vor allem eine Grundvoraussetzung geschaffen werden: Die Entwicklung leistungsfähiger Batterien mit ausreichender Speicherkapazität, geringem Gewicht und kurzen Ladezeiten. Die Chemieindustrie hat diesen Bedarf erkannt und versucht ihm mit geballtem Know-how gerecht zu werden.

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Würzburg – Spätestens seit der Chemiekonzern BASF für seine Anfang 2012 geschaffene Abteilung Battery Materials mehrere Unternehmen und Lizenzen eingekauft hat, ist klar, dass im Batterie-Segment noch großes Entwicklungspotenzial steckt.

Größtes Problem der Branche ist noch immer die Speicherkapazität der Lithium-Ionen-Batterien. Trotz der vergleichsweise hohen Energiedichte (350 kWh/m³) erreichen Serienfahrzeuge wie der Smart Fortwo ED aktuell nur eine Reichweite von 145 Kilometern pro Aufladung. Zu wenig, um sich gegen ein Auto mit Verbrennungsmotor durchzusetzen.

Problempunkt Reichweite

Um die Reichweite dennoch zu erhöhen, arbeitet BASF in Kooperation mit Daimler an verschiedenen Konzepten. Der von beiden Konzernen entwickelte Smart Forvision kämpft beispielsweise mit Leichtbau und organischen Solarzellen und Leuchtdioden gegen eine vorzeitige Entladung der Batterie. Eine Gewichtseinsparung von bis zu 150 Kilogramm und der Betrieb der Klimaanlage durch Solarzellen leisten hierzu ihren Beitrag, zumindest bei diesem Konzeptfahrzeug.

Ein weiteres Problem besteht hinsichtlich der Betriebstemperatur der Batterien. Sinkt die Umgebungstemperatur im Winter, erhöht sich die Dichte des Elektrolyts. Das hat in der Regel zur Folge, dass die elektrochemischen Prozesse in der Batterie langsamer ablaufen. Der somit gestiegene Innenwiderstand verringert den abgegebenen Strom – die Batteriezelle verliert an Kapazität.

Hier gilt es, die Entwicklung neuer Elektrolyte voranzutreiben, die mit den jahreszeitlich bedingten Temperaturschwankungen besser zurechtkommen.

Know-how alleine reicht nicht aus

BASF hat sich mit dem Kauf der Elektrolytsparte vom deutschen Chemie- und Pharmaunternehmen Merck für diese Aufgabe gerüstet. „Das von Merck erarbeitete Portfolio zusammen mit dem Marktzugang bringt uns weiter bei unserer Entwicklung zu einem verlässlichen Anbieter von Elektrolytformulierungen, der Batterie-Herstellern innovative und individuelle Lösungen anbietet.“, ist sich Dr. Andreas Kreimeyer, Vorstandsmitglied der BASF, sicher.

Doch BASF setzt nicht nur auf Umstrukturierungen und Zukäufe. Der Chemiekonzern gab auch bekannt, in den kommenden fünf Jahren einen dreistelligen Millionen-Euro-Betrag in Forschung, Entwicklung und Produktionsaufbau von Batteriematerialien investieren zu wollen.

Rennen um die Marktführerschaft

Aber auch die Konkurrenz schläft nicht. Das Joint-venture des Automobilherstellers Daimler mit dem Mischkonzern Evonik treibt bereits seit 2009 die Serienreife des Elektroautos voran. Unter dem Namen Li-Tec sollen Lithium-Ionen-Batterien großtechnischer Produktion entstehen, die laut Evonik für eine Reichweite von bis zu 300 Kilometern sorgen können.

Zusätzliche Dynamik in die Entwicklung konkurrenzfähiger Elektrofahrzeuge bringt der jüngste Zusammenschluss zwischen Continental und SK Innovation. Der Automobilzulieferer aus Hannover und der Chemiekonzern aus Südkorea wollen sich als Marktführer bei Batteriesystemen etablieren. Dabei soll SK Innovation die für ihre Qualität bekannten Batteriezellen zur Verfügung stellen, Continental steuert die dazugehörige Elektronik bei.

Innovationsallianz LIB 2015

Darüber hinaus soll aber auch eine gemeinschaftliche Forschungsinitiative die Entwicklung der nächsten Batteriegeneration auf den richtigen Weg bringen. Im Rahmen der Innovationsallianz „Lithium Ionen Batterie LIB 2015“ hat sich ein Industriekonsortium von BASF, Bosch, Evonik, Litec und Volkswagen verpflichtet, in den nächsten Jahren 360 Millionen Euro für Forschung und Entwicklung an der Lithiumionenbatterie zu investieren. Gleichzeitig wird das Bundesministerium für Bildung und Forschung 60 Millionen Euro für diesen Bereich zur Verfügung stellen.

Hoffnungsträger der aktuellen Forschung sind Lithium-Schwefel- oder Lithium-Luft-Batterien. „Diese neuen Technologien versprechen deutlich höhere Energiedichten und haben das Potential, Gewicht und Kosten der Batterie noch weiter zu reduzieren“, ist sich Dr. Andreas Fischer, Vice President Battery Research and Electrochemistry bei der BASF, sicher.

Um die Lebensdauer und Energiedichte der neuen Batterietypen zu erhöhen, arbeite BASF mit wissenschaftlichen Partnern aus Deutschland, der Schweiz, Israel, den USA und Kanada zusammen.

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