Energiespeicher der Zukunft

Akkutechnik aus Aachen von Air Energy

Energiespeicher der Zukunft

Im täglichen Leben sind wir auf Batterien und Akkus angewiesen. Die sollen leicht und ausdauernd sein. Es dominiert deshalb Lithium-Ionen-Technik. Selbst Hightech-Flugzeuge werden so angetrieben, wie eine Aachener Firma zeigt.

Eine kleine Hinterhof-Werkstatt in der Nähe des Aachener Hauptbahnhofes - würde man nicht gezielt danach suchen, käme wohl niemand auf die Idee, dass hier an weltbewegenden Projekten gearbeitet wird. Und doch wird hier ein neues Batteriesystem für ein unbemanntes U-Boot gebaut. Die Vorgaben sind ehrgeizig: Es soll platzsparend und gleichzeitig leistungsstark sein. Ohne Lithium-Zellen lässt sich das beim derzeitigen Stand der Technik nicht realisieren. So besteht das Herzstück des U-Bootes aus zeitgemäßen Akkus und einer darauf abgestimmten Elektronik. Letztere steuert die Belüftung, die Kühlung, den Ladezyklus und überwacht die Akkuleistung.

Aachener bauten auch Batteriesystem für Solar-Impuls-Mission

Bertrand Piccard, Selfie

Solar-Impuls - mit Technik aus Aachen

Gemeinsam mit seinem Mitarbeiter Christoph Schäper entwickelt Stefan Gehrmann das Lademanagement und steigert die Effizienz der Akkus. Die beiden Ingenieure haben auch das Batteriesystem der Solar-Impuls entwickelt - dem ersten Flieger, der nur mit Sonnenenergie die Welt umrundet hat. In dem Prestige-Projekt wurden ebenfalls getunte Lithium-Ionen Akkus verbaut, die in Kombination mit einer speziell abgestimmten Elektronik zuverlässig sind. Dirk Uwe Sauer, Leiter des Instituts für elektrische Antriebe der RWTH Aachen ist überzeugt, dass die Lithium-Ionen-Technologie noch lange der Standard sein dürfte. "Es gibt zwei Entwicklungslinien von Batterien, wo man, zumindest auf dem Papier noch höhere Energiedichten erreichen kann. Das ist Lithium-Schwefel und dann der heilige Gral der Batterietechnologie sind die sogenannten Metall-Luft Batterie." Die Lithium-Luft-Batterie sei da die Königstechnologie.

Stichwort: Energiedichte

Unter Energiedichte versteht man die Verteilung der Energie auf Masse oder Volumen. Vereinfacht gesagt heißt das: Bleibt die Energie gleich, während das Gewicht oder der Raum kleiner wird, erhöht sich die Energiedichte. Lithium-Ionen-Zellen bestehen aus einer negativ geladenen Graphit und der positiven Lithium-Metalloxyd Elektrode. Die Energiedichte wird dabei hauptsächlich durch das Material der so genannten Kathode bestimmt, dem Ort der Batterie, wo - vereinfacht gesagt - der Strom zu fließen beginnt. Deshalb wollen  Forscher genau hier ansetzen und versuchen Kobalt zum Beispiel durch Schwefel zu ersetzen, um Batterien mit immer höherer Energiedichte zu bekommen.

Wenn man das vergleicht mit Benzin, hat man da theoretisch ähnliche Energiedichten wie im Benzin. Die realistischen Zukunftsvisionen in den kommenden 15 Jahren sind im Wesentlichen Fortentwicklungen der Lithium-Ionen-Technologie.

Intelligente Akkutechnik kommt aus den USA und Europa

Akkutechnik aus Aachen von Air Energy

Spektakulär ist, was drin steckt - der Anblick weniger

Das Mischen der chemischen Stoffe einer Batterie geschieht hauptsächlich in Asien. Korea und Japan sind weltweit die Hauptlieferanten der nackten Batteriezellen, die, je nach Einsatzort, in jede gewünschte Form gepresst werden können. Eine Akku-Zelle in einem Elektro-Auto zum Beispiel ähnelt von der Größe und Form einer Packung Kaffeepulver, erklärt Air Energy Inhaber Stefan Gehrmann. Doch auch wenn Asien sechs bis zehn Jahre Technologie-Vorsprung bei der Produktion der Zellen hat, beim Packaging wiederum haben die Europäer und die USA die Nase vorn. Packaging, erklärt Sauer, ist das Zusammenbauen vieler kleiner Zellen zu einem großen Batteriepack, das Verschalten der Batteriezellen, die Batterie-Managementsysteme, die Kühlsysteme. "In diesem Bereich brauchen wir uns in Deutschland überhaupt nicht zu verstecken. Das können unserer Zulieferer sehr gut und ich würde sagen, in Teilen noch besser als Tesla, wenn man sich das genau anschaut."

Noch keine bahnbrechende neue Technologie in Sicht

Lithium-Ionen Akkus gelten derzeit als sicher und beherrschbar, allerdings nur wenn die Qualität der Zellen und der Steuerelektronik stimmt. Sonst besteht Brandgefahr wie die Fälle bei Samsung-Smartphones zeigten. Bis eine ganz neue Technologie den Markt erobert, wird es deshalb noch viele Jahre dauern, schätzt Dirk Uwe Sauer von der RWTH-Aachen.

Akkutechnik aus Aachen von Air Energy

Auf die intelligente Steuerung kommt es an

Somit wird hauptsächlich in die Weiterentwicklung von Lithium-Ionen Akkus Investiert. Denn: Auch wenn regelmäßig StartUp-Unternehmen, Wissenschaftler und Forscher weltweit einen Durchbruch in der Akku-Technologie melden, mit beispielsweise flüssigen "Redox-Flow Batterien", die nachtankbar sein sollen, oder Festkörper-Akkus, die angeblich 100.000 Ladezyklen durchhalten, oder aber auch umweltfreundlichen Zucker-Akkus, die sehr viel Energie speichern sollen, so müssen die neuen Energiespeicher erst einmal einen Langzeittest von etwa zehn Jahren bestehen.

Autor des Radiobeitrags ist Melih Serter.

Stand: 14.03.2017, 13:38