E-Autos: mehr Reichweite dank Super-Akku

Die Elektromobilität boomt in Deutschland: Verbraucher kaufen vermehr E-Autos, während die Hersteller daransetzen, den Kapazitäts- und Technologievorsprung ausländischer Konzerne bei Batterien aufzuholen.

Leistungsstärker und zuverlässiger sollen sie sein: die neuen Festkörperbatterien mit dem günstigen und speicherfreudigen Kernelement Schwefel. Sie gelten als Batterien der Zukunft. Am Fraunhofer Institut für Werkstoff- und Strahlentechnik IWS in Dresden forschen Mitarbeiter auf dieser Basis an einem Super-Akku für E-Land- und E-Luftfahrzeuge. Das Ziel: die leichteste, wiederaufladbare Batterietechnologie weltweit.

Aktueller Treibstoff der Elektromobilität sind Lithium-Ionen-Batterien. Ohne sie würde sich kein batterieelektrisches Auto alltagstauglich bewegen. Was die Energiedichte angeht, also den Energieinhalt pro Kilogramm, ist dieser Akku momentan nahezu allen anderen serienreifen Batterietypen überlegen. Grundsätzlich sind Lithium-Ionen-Batterien auch zuverlässig. Ihre Schwachstelle: Sie reagieren empfindlich auf Kälte und Hitze sowie vollständiges Entladen oder Überladen. Ein weiteres Manko ist der flüssige Elektrolyt dieser Batterien. Festkörperbatterien mit ihren Festelektrolyten sind die Alternative zu Lithium-Ionen-Batterien. Auch der Festelektrolyt transportiert die Lithium-Ionen wie bei der flüssigen Form relativ schnell.

Einen eigenen Weg geht man am Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS in Dresden. Das Ziel ist zwar auch, die Energiedichte von Festkörperbatterien zu erhöhen. Hier sieht man, wie übrigens auch an anderen Forschungsstandorten, in Lithium-Metall-Anoden die "Schlüsselelemente für die Batteriesysteme der Zukunft". Die Dresdner IWS-Forscher haben sogar errechnet, dass Festkörperbatterien mit einer Lithium-Metall-Anode die Energiedichte heutiger Lithium-Ionen-Batterien um mehr als 70 Prozent übersteigen könnten.

 70 Prozent höhere Energiedichte

Bis dieses Ziel erreicht ist, sind allerdings noch einige Herausforderungen zu überwinden. Das IWS forscht bereits daran, wie die Konzepte der Lithium-Schwefel-Batterie und der Festkörperbatterie zusammengefügt werden können. Ziel ist die Entwicklung von Lithium-Schwefel-Feststoffbatterien und deren industrielle Umsetzung. Das Industrie-Abfallprodukt Schwefel ist günstig und verfügt über eine hohe Speicherkapazität. Das Ergebnis ist eine höhere Energiedichte von Lithium-Schwefel-Batterien gegenüber herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien. Die Vorteile: höhere Reichweiten und weniger Gewicht, was sie auch für die Elektro-Luftfahrt interessant macht.

Der zuständige IWS-Abteilungsleiter Dr. Holger Althues ist zuversichtlich: "Erste Ergebnisse sind vielversprechend: Das System (Lithium-Schwefel-Feststoffbatterie) hat das Potential die spezifische Energie nochmals zu steigern und zur leichtesten, wiederaufladbaren Batterietechnologie zu werden."