Die Batterie-Revolution bleibt aus

Der Begriff Wunderbatterie ist zu einem Schimpfwort geworden. Er steht in der Branche der Elektromobilität für angekündigte Durchbrüche, die niemals Wirklichkeit werden: Das Spektrum reicht vom vermeintlichen Erfinder, der 2010 von München nach Berlin gefahren sein will, seine Idee aber nie transparent gemacht hat, bis zu Lithium-Luft-Akkus mit hoher Energiedichte, die nur im Labor funktionieren. Trotzdem bleibt es das Ziel von Autoindustrie und Forschungsinstituten, eine Kilowattstunde Strom in weniger Bauraum und bei geringerem Gewicht zu speichern – und das alles mit steigender Dauerhaltbarkeit und vor allem bei sinkenden Preisen: Viel Reichweite für wenig Geld, das wäre ideal. Die Zellchemie aber entwickelt sich seit der Erfindung des Lithium-Ionen-Akkus nur schrittweise. Gibt es Hoffnung auf einen revolutionären Fortschritt?

Vielleicht. Shigeki Terashi, Manager bei Toyota, zeigte sich im Sommer zuversichtlich. „Wir sind in ein neues Zeitalter eingetreten“, sagte der Japaner und meinte so genannte Festelektrolyt-Batterien: „Der Fortschritt hat unsere Erwartungen übertroffen.“ Zu den Olympischen Spielen 2020 in Tokio werde man den Prototyp einer Batteriezelle mit Festelektrolyt (Englisch: All Solid State) zeigen.

Eine Aussage, die kein Anlass für Euphorie sein sollte, denn Toyota verkündet im Kleingedruckten der öffentlichen Mitteilung lediglich den Beschluss, mit dem ewigen Partner Panasonic Ende 2020 ein Joint Venture zur Entwicklung dieses Zelltyps zu gründen. Im Klartext: Auch Toyota, wo man außerdem intensiv an der Kostensenkung beim Brennstoffzellen-elektrischen Antrieb arbeitet, ist weit davon entfernt, mit einer All Solid State-Batterie das Labor zu verlassen und in die Serienproduktion zu gehen. Volkswagen kann sich das ab 2025 vorstellen, und bei BMW glaubt man erst nach 2030 daran.

Weniger Materialeinsatz und mehr Sicherheit durch Festelektrolyt

Den Clou dieser derzeit meistdiskutierten Zellchemie erklärt Prof. Dr. Dirk Uwe Sauer von der RWTH Aachen: „Ein Festkörperelektrolyt ermöglicht den Einsatz einer Lithium-Metall-Anode.“ Das wiederum, so der Inhaber eines Lehrstuhls für elektrochemische Energiewandlung und Speichersystemtechnik, hätte mehrere positive Auswirkungen zur Folge: 20 Prozent des Gewichts könnten eingespart werden, und der heute eingesetzte flüssige, giftige und hochbrennbare Elektrolyt entfällt. Ebenfalls überflüssig wäre der Trocknungsprozess der zurzeit üblichen Lithium-Ionen-Batterien; ein wesentlicher Teil der Produktionsenergie und damit der CO2-Emissionen würde also wegfallen.

Dennoch gibt es grundsätzliche Zweifel: „Offen ist, ob Zellen mit Festelektrolyt tatsächlich eine bessere Performance haben, also ob sie zum Beispiel bei Raum- und Umgebungstemperatur ausreichend Leistung bringen“, so Professor Sauer. Mit einer kurzfristigen Revolution rechnet er darum nicht.

Ein elementarer Grund für das Ausbleiben einer Umwälzung bei der Zellchemie von Batterien für Elektroautos ist der Preis. Eine neue, mit den heutigen Lithium-Ionen-Akkus konkurrierende Technologie müsste nämlich in der Lage sein, den Kostenvorteil aufzuholen, den die Standardbatterien bereits verbuchen können.

Ein konkretes Beispiel dafür kommt ausgerechnet von Volkswagen, jenem Konzern, der über den Dieselgate-Skandal wahrscheinlich die nötige Motivation zum Umdenken erhalten hat: Der Kleinwagen e-Up kam 2013 zu einem Preis von knapp 27.000 Euro und mit einer Normreichweite von 160 Kilometern (km) auf den Markt. Die verfügbare Batteriekapazität hat sich jüngst verdoppelt, und die Aktionsdistanz steigt nach der neuen und strengeren WLTP-Messung auf 260 km. Das dürfte für die typischen Einsatzzwecke eines Kleinwagens locker ausreichen.

Preisverfall durch Skaleneffekte

Der Listenpreis dagegen beträgt jetzt 21.975 Euro. Von dieser Summe können, falls der Beschluss des letzten Autogipfels umgesetzt wird, 6.000 Euro Direktförderung abgezogen. Aus der Perspektive des Kunden sind also mindestens 15.975 Euro fällig – ein Preisverfall, der zu einem Teil das Ergebnis massiver steuerfinanzierter Subventionen und zum anderen Teil den Skaleneffekten bei der Batterieproduktion zu verdanken ist.

Der begrenzende Faktor bei der Reichweite von Elektroautos ist längst nicht mehr die Batterie, sondern deren Preis. Meistens ist genug Platz zwischen den Achsen, um viel Kapazität unterzubringen. Beim Tesla Model 3 oder dem kommenden Volkswagen ID.3 können die Käufer aus unterschiedlichen Batteriegrößen wählen – wenn sie willens sind, dafür zahlen: So kostet ein Model 3 „Standard Range Plus“ mit 409 km Normreichweite ab 44.390 Euro, während für die Version „Long Range“ mit theoretisch 560 km 8.000 Euro mehr bezahlt werden müssen.

Gute Energie-, aber üble Ressourceneffizienz

So ist aus Hintergrundgesprächen in der Branche zwar regelmäßig von sukzessiven Verbesserungen der Zellchemie von Lithium-Ionen-Batterien zu hören. Meistens werden die Kathodenmaterialien leicht modifiziert. Stolz aber ist man auf immer schneller laufende Produktionsbänder, auf einen immer höheren Automatisierungsgrad in der Fertigung und auf in der Folge fallende Preise. Die Economy of Scale ist endlich da. Auf die Stückzahl kommt es an.

Dass gleichzeitig eine Spekulationsblase von 2018 bei den Rohstoffpreisen von Lithium und Kobalt geplatzt ist, ist eine gute Nachricht für die Autoindustrie. Sie präsentiert leider zunehmend Elektroautos, die exakt dem Zeitgeist entsprechen: SUVs, in deren Fahrzeugboden sich die Batterien mühelos unterbringen lassen und deren Übergewicht berüchtigt ist. 2,5 Tonnen sind keine Seltenheit, und auch in der Golf-Klasse wiegen Elektroautos mit hoher Reichweite, Passagieren und etwas Gepäck zwei Tonnen.

An diesem ausufernden Ressourceneinsatz, der zugleich die Unfallgefahr für die Insassen leichterer konventioneller Pkw erhöht, führt kein Weg vorbei, solange die Zellchemie der Batterien nicht radikal verändert wird. Es scheint in der Natur des Menschen zu liegen, nicht verzichten oder sich freiwillig selbst beschränken zu wollen: Beim populären Kia e-Niro wählen über 90 Prozent der Kunden die große Variante mit 455 statt 289 km Reichweite, obwohl sie teurer ist, schwerer ist und wohl selten gebraucht wird. Ein Trend, der unabwendbar scheint: Der weltweite Aufbau von gigantischen Batteriefabriken hat gerade erst begonnen.

Erschienen bei ZEIT ONLINE.

Bildquelle: Volkswagen

 

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