Batterieforschung: Langsamer Fortschritt

Elektromobilität
14.03.2018

MARTIN FINSTERBUSCH leitet das Entwicklungsteam für Festkörperbatterien im deutschen Forschungszentrum Jülich. Im Interview mit der KFZ Wirtschaft verrät er, warum wir auf eine deutlich leistungsstärkere Batteriegeneration wohl noch über ein Jahrzehnt warten müssen.
Die am Forschungszentrum im deutschen Jülich (r.) entwickelte Feststoffbatterie auf keramischer Basis funktioniert bereits im Labormaßstab (l.). Die Herausforderung besteht nun darin, die chemischen Prozesse für die in Elektroautos benötigten großen Batteriepakete zu optimieren.

„Feststoffbatterien gehören zu den heißen Kandidaten für die nächste Batteriegeneration.“ MARTIN FINSTERBUSCH

KFZ Wirtschaft: Die nächste Batteriegeneration auf Feststoffbasis soll doppelt so leistungsfähig und sicher sein wie heutige Lithium-Ionen-Batterien. Was ist dran an den Versprechungen der Autohersteller?
Martin Finsterbusch: Tatsächlich gehören die Feststoffbatterien zu den heißen Kandidaten für die nächste Batteriegeneration der Elektromobilität. Da sie keine flüssigen Elektrolyten mehr enthalten, sind sie im Unterschied zur heutigen Generation an Lithium-Ionen-Batterien auslaufsicher und temperaturstabil. An unserem Forschungsinstitut arbeiten wir außerdem an der Steigerung der Energiedichte auf das Doppelte sowie an einer Verbesserung der Langzeitstabilität.

Wie weit sind Sie mit Ihren Forschungen, und wann ist mit der Marktreife der neuen Batteriegeneration zu rechnen?
Wenn morgen einer meiner Mitarbeiter auf einen Schlag alle noch anstehenden physikalischen und chemischen Probleme löst, würde es nur noch zwei Jahre dauern. Tatsächlich haben wir aber noch einige Hürden zu überwinden, da unsere Zellen vorerst nur im Labormaßstab funktionieren. Die große Herausforderung liegt nun darin, die Funktion der einzelnen kleinen Zelle auf das Batteriepaket aus mehreren hundert großformatigen Zellen in einem Fahrzeug zu skalieren. Im nächsten Schritt müssen die Werkstoffe und Fertigungsverfahren in puncto Kosteneffizienz optimiert werden, da es in der Automobilherstellung auf jeden Cent ankommt. Ich rechne daher nicht vor 2025 mit funktionsfähigen Protoypen und nicht vor 2030 mit einer möglichen Großserienproduktion.

Autohersteller wie Toyota und Fisker, aber auch Staubsaugerhersteller Dyson wollen bereits Anfang der 2020er-Jahre Feststoffbatterien auf den Markt bringen. Ist da etwas dran, oder sind das bloß Gerüchte?
Wenn ich das wüsste, wäre ich kein Physiker, sondern ein Hellseher (lacht). In vielen Forschungslabors weltweit wird derzeit unter strengster Geheimhaltung an neuen disruptiven Batterietechnologien gearbeitet. Niemand kann heute sagen, wer schließlich das Rennen machen wird.

Man hört von verschiedenen Konzepten wie Lithium- Schwefel-, Lithium-Luft- oder gar Lithium- Glas-Batterien. Welches ist Ihrer Ansicht nach am vielversprechendsten?
Am Forschungszentrum Jülich arbeiten wir vor allem an der Entwicklung von keramischen Feststoffbatterien auf Oxid-Basis. Diese haben zwar im Vergleich mit Schwefel- oder Phosphat-basierten Festkörperbatterien größere Herausforderungen bei der Herstellung, sind dafür aber auch am stabilsten. Wir entwickeln die Ausgangspulver, Halbzeuge und Funktionsschichten und bauen daraus komplette Zellen auf. Dafür stehen uns ein langjähriges Know-how sowie ein großes Portfolio an keramischen Herstellungs- und Prozessierungsverfahren zur Verfügung, mit denen wir die unterschiedlichsten Materialien kombinieren und verschiedene Zelltypen herstellen können. Fokus ist dabei immer, möglichst kostengünstige und skalierbare Materialien und Verfahren zu entwickeln.

Würden Sie persönlich heute schon ein Elektroauto kaufen oder lieber den nächsten Technologiesprung in der Batterieentwicklung abwarten?
Es wird in den nächsten Jahren wohl keinen großen Technologiesprung, sondern vielmehr eine schrittweise Evolution der Batterietechnologie geben. Immerhin gibt es die Lithium-Ionen-Batterie mit flüssigem Elektrolyt schon seit 25 Jahren, und auch diese wird ständig weiterentwickelt. Daher interessiere ich mich auch jetzt schon für den Kauf eines Elektroautos, muss aber feststellen, dass ich von den Händlern oft keine kompetenten Antworten auf meine Fragen nach den aktuell verbauten Fahrzeugbatterien bekomme. Außerdem ist die Ladeinfrastruktur für meine Mobilitätsbedürfnisse noch nicht ausreichend vorhanden, sodass ich lieber noch etwas abwarte.

ZUR PERSON

Martin Finsterbusch studierte Technische Physik an der TU Ilmenau. Nach Forschungsaufenthalten in den USA promovierte er 2011 über Degradationsmechanismen von Kathoden in oxidkeramischen Brennstoffzellen (SOFC). Im selben Jahr wechselte er an das Forschungszentrum Jülich in den Bereich Festkörperbatterien, 2016 übernahm er die Leitung des Entwicklungsteams.

DATEN & FAKTEN ZU FÖRDERUNGEN

Neuzulassungen: Im Jänner 2018 wurden laut Statistik Austria bereits 401 rein elektrische Pkw neu zum Verkehr zugelassen, das sind um 18,3 Prozent mehr als im Vergleichszeitraum 2017. Im Vorjahr waren es insgesamt 5.433, im Jahr 2016 waren es 3.826, und 2015 waren es 1.677. Mit Stand Jänner 2018 sind insgesamt 14.994 Elektro-Pkw auf Österreichs Straßen unterwegs.

Infrastruktur: Zwischen Wien und Bregenz gibt es derzeit 1.900 öffentliche Ladepunkte, die alle mit den aktuellen Typ-2-Ladesteckern ausgestattet sind. Fast 90 Prozent aller Elektrofahrzeuge werden zu Hause aufgeladen, weniger als zehn Prozent laden Strom unterwegs, knapp 5 Prozent nützen Schnell-Ladestationen.

Förderungen: Seit 1. März 2017 wird der Kauf von Elektroautos österreichweit mit 4.000,– Euro gefördert, Plug-in- Hybride mit 1.500– Euro. Zusätzlich wird die Anschaffung einer Wallbox zum Laden oder der Kauf eines Ladekabels mit 200,– Euro unterstützt. Zusätzlich gibt es Landesförderungen in Niederösterreich, Salzburg und Oberösterreich.