Chemie in Lithium-Ionen-Akkumulatoren
Lithium-Ionen-Akkumulatoren werden derzeit in Deutschland sehr anwendungsnah erforscht und entwickelt. Es gilt, die Energiespeicher leistungsfähiger, sicherer und deutlich kostengünstiger zu konstruieren. Das hängt in erster Linie von den verbesserten Batteriechemien und -materialien ab. Die meisten Materialkonzepte wie Lithium-Schwefel oder Lithium-Luft befinden sich allerdings noch in frühen Forschungsstadien. Chemetall, das Fraunhofer-Institut für Silicatforschung und das Institut für Physikalische Chemie an der Universität Münster erklären das sehr dynamische Wirkgefüge von Anoden, Kathoden sowie Elektrolyten und stellen sich der Frage: Wann ist mit neuen Materialkonzepten anwendungsnah zu rechnen?
Deutschland soll sich bis 2020 zum Leitmarkt für Elektromobilität entwickeln. Der dafür notwendige Aufbau von Hochvolt-Batteriekompentenzen zählt den Zielen der Bundesregierung zufolge zu den wichtigsten Indikatoren dieses Führungsanspruchs.
Wie realistisch ist dieser Anspruch? Auf welche Technologie, welche Chemie- und Materialkonzepte soll man setzen, um möglichst mitmischen zu können? Die "Technologie-Roadmap Lithium-Ionen-Batterien 2030" des Fraunhofer-Instituts für System- und Innovationsforschung beantwortet diese Fragen zwar nicht, liefert aber ein wichtiges Zwischenergebnis und sorgt für eine Diskussionsgrundlage.
Mit diskutieren lässt sich allerdings nur, wenn man sich unter anderem in die Batteriechemie und die Wirkmechanismen einarbeitet. Jedenfalls ein Stück weit. Bei diesem Versuch eines technischen Tiefgangs unterstützt diese Ausgabe der ATZelektronik: mit Fachartikeln von von Chemetall und Professor Kai-Christian Möller vom (ISC) in Würzburg. Navigationshilfe und Orientierung gibt auch das mit Professor Martin Winter, das wir mit dem Akkumulatorenforscher an seinem Institut für Physikalische Chemie an der Westfälischen Wilhelms-Universtität in Münster führten.
Winter relativiert die Ambitionen der deutschen Industriepolitik. Der Sprecher der vom Bund geförderten Innovationsallianz Lithium-Ionen-Batterien verweist zwar auf die nationalen Stärken in der Kathoden- und Anodenentwicklung, erklärt aber auch die Defizite bei Elektrolyt-Materialien. Insbesondere, was die zukunftsfähigste und mittelfristig aufbaubare Batteriezelle betrifft, die 5-Volt-Zelle, sei sowohl die deutsche Forschung als auch die lokale Industrie unaufholbar abgeschlagen.
Demzufolge gilt es herauszufinden, auf welchen Technikfeldern sich Deutschland in der Batterietechnik künftig stark positionieren kann. Möglicherweise gelingt ein Führungsanspruch mit einer Art Technologiesprung, wie ihn einige Branchenkenner derzeit diskutieren. Es gelte, früher und konsequenter als andere Nationen auf Folgegenerationen wie Lithium-Schwefel- oder Lithium-Luft-Batterien zu setzen, die Reichweiten von Elektroautos in 10 bis 15 Jahren verdoppeln könnten. Diese industriepolitische Sicht kann dazu dienen, die Wirkmechanismen in der Batteriechemie und -physik, welche die Artikel sehr gut erklären, einordnen zu können.
(
Bild: Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik (ITWM))
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