An der Uni Bayreuth Forschen für die Batterie der Zukunft

Professor Michael Danzer ist seit April 2016 Inhaber des Lehrstuhls Elektrische Energiesysteme an der Fakultät für Ingenieurwissenschaften der Universität Bayreuth. Foto: red

BAYREUTH. Oberfranken hat ein Batterie-Forschungszentrum bekommen. Der Leiter Michael Danzer spricht über Ziele, E-Mobilität und Konkurrenzkampf.

Herr Professor Danzer, seit einigen Monaten gibt es an der Uni Bayreuth das Bayerische Zentrum für Batterietechnik. Was genau macht das Bay-Batt? 

Michael Danzer: Das Bayerische Zentrum für Batterietechnik wird an der Forschung und Entwicklung der nächsten Generation sicherer, nachhaltiger und intelligenter Energiesysteme arbeiten. Wir verbinden die Forschung der Physik und Elektrochemie mit den Ingenieurwissenschaften. Und wir stellen die Batterie als interagierendes System von Materialien und Zellkomponenten, von Zellen und Systemkomponenten in den Fokus. Die interdisziplinäre Forschung vom theoretischen Modell bis zum datenbasierten Einsatz in dezentralen Energiesystemen wird dabei das entscheidende Merkmal unserer Arbeit sein. 

Sie bekommen 25 Millionen Euro in fünf Jahren. Konzerne investieren Milliarden in die Batteriezukunft. Da erscheinen 25 Millionen eher kümmerlich. 

Danzer: Mit der im bayerischen Kabinett beschlossenen und vom Landtag zu verabschiedenden Förderung wird der Grundstein für ein neues Batterieforschungszentrum an der Uni Bayreuth gelegt. Hinzu kommen Projektmittel von externen Förderern und von Industriepartnern. Die extrem kostenintensive Batterieproduktion wird dabei nicht Teil des Bay-Batt sein. Wir sind guter Dinge, mit den bereits an der Uni Bayreuth aktiven Lehrstühlen und den neu hinzukommenden Forschungsgruppen in der Breite und Tiefe der Batterietechnik einen relevanten Beitrag zu leisten. 

Dennoch: David gegen Goliath? 

Danzer: Im Verbund mit den anderen etablierten Forschungseinrichtungen in Bayern werden wir eine kritische Masse in der internationalen Batterieforschung darstellen. Wir sind nicht David, der gegen Goliath kämpft. Wir sind eher ein Expeditionsschiff neuer Routen, auf denen später Containerschiffe ihre Waren transportieren. 

Die Autos der Zukunft sollen mit 
Batterien fahren. Batterien sind 
umweltschädlich. Kann man das 
ändern? 

Danzer: Batterien basieren auf Materialien, die in der ein oder anderen Form der Erdkruste entnommen werden müssen. In Zukunft werden wir uns, eine nachhaltige Batterietechnologie im Blick, bei der Auswahl und Synthese der Aktivmaterialien an der Verfügbarkeit und den Nebenwirkungen orientieren. Ein weiterer Aspekt der Nachhaltigkeit zukünftiger Batterietechnologien ist deren Rezyklierbarkeit. Darunter versteht man die Fähigkeit, deren Materialien am Lebensende zu entnehmen und wieder in den Kreislauf der Batteriematerialwirtschaft einzuführen. 

Die Brennstoffzelle bleibt ein Batterie-Konkurrent? 

Danzer: Die Brennstoffzelle ist eine weitere attraktive, alternative, emissionsfreie Antriebstechnologie, die sich insbesondere durch geringes Gesamtgewicht von Energiewandler und -speicher auszeichnet. Zudem sind schnelle Lade- beziehungsweise Tankvorgänge von weniger als fünf Minuten möglich. Voraussetzung ist selbstverständlich eine flächendeckende, auf erneuerbare Energien basierende Wasserstoffinfrastruktur. 

Welche Anwendungen gibt es in der Praxis? 

Danzer: Interessant  ist die Technologie vor allem  dort, wo das Gewicht des Antriebs und sehr hohe Erwartungen an die Reichweite eine dominante Rolle spielen, wie beim elektrischen Fliegen oder beim elektrifizierten Gütertransport über weite Strecken in Lkws. Im Pkw, wo Wirkungsgrad und Investitionskosten im Vordergrund stehen, wird der Wettkampf für die Brennstoffzelle gegen batterieelektrische Fahrzeuge ungleich schwerer. 

Welche Reichweiten sind künftig mit E-Autos möglich – in fünf, in zehn Jahren? 

Danzer: Reichweite wird keine entscheidende Herausforderung von Elektroautos in den nächsten Jahren sein. Das zeigt eine kleine Überschlagsrechnung: Wenn wir in zehn Jahren eine Energiedichte der Batteriespeicher von 300 Wattstunden (Wh)/kg aus Systemebene erreichen, einen Verbrauch von 15 Kilowattstunden (kWh)/100 km ansetzen und eine erlaubte Masse von 333 kg annehmen, ergibt das eine Speicherenergie von 100 kWh, wie wir sie heute schon im Tesla S finden. Unterm Strich steht dann eine Reichweite von über 650 Kilometern. Das entspricht in etwa der Reichweite eines heutigen Mittelklassefahrzeugs mit Benzinmotor. Und wenn wir uns dann noch von den Stereotypien der Architektur heutiger Fahrzeuge und Verkehrssysteme befreien, eröffnet das eine riesige Spielwiese von batterieelektrischen Fahrzeugtypen und -größen. 

Bleibt es bei Lithium-Ionen-Technologie? 

Danzer: Nein, bei der Lithium-Ionen-Technologie, wie wir sie heute kennen, wird es in Zukunft nicht bleiben. Die Industrie wird schrittweise jede Komponente der Batterie optimieren und durch Weiterentwicklungen mit höherer Performance ersetzen, zum Beispiel mehr Silicium in der Anode, mehr Nickel in der Kathode. Die zukünftige Batterietechnologie kann aber durchaus ein Vertreter der Familie der Lithium-Ionen-Batterien sein. 

Die Festkörperzelle kommt? 

Danzer: Ja. Vor allem deren zu erwartende höhere Sicherheit wird ein schlagendes Argument für den Batteriemarkt sein. Ob diese Technologie notwendigerweise in Fahrzeugbatterien Einsatz finden wird, hängt wesentlich von Kosten und Energiedichte ab. 

Welche Batterietypen sind in einer noch ferneren Zukunft denkbar? 

Danzer: Neben den Festelektrolytzellen mit metallischen Lithium-Elektroden, die momentan die Diskussionsspalten füllen, werden in den Forschungslaboren weiterführende Speicherkonzepte und Materialklassen der sogenannten Post-Lithium-Ära untersucht und entwickelt. Zu den viel versprechenden Materialien gehören zum Beispiel Natrium, Magnesium, Fluor oder auch Eisenverbindungen, die in der Natur deutlich häufiger vorkommen als Kobalt oder Lithium. 

Batterien für E-Autos kommen aus Asien oder den USA. Ist Europa bereits abgehängt? 

Danzer: Die Batteriezellfertigung wird in Zukunft näher an die Produktionsstätten der Automobilkonzerne rücken. Betrieben werden diese absehbar von asiatischen Konzernen, so wie im Fall von CATL in Erfurt. Dazu können sich aber durchaus noch europäische Hersteller gesellen, wenn sich die entsprechenden Konsortien zusammentun und die mit der Zellfertigung verbundenen hohen Risiken verhandeln. 

Kann man den Vorsprung der Konkurrenz wieder aufholen? 

Danzer: Das Know-how zur Batteriefertigung ist in den deutschen Konzernen und Forschungseinrichtungen vorhanden. Sollten neue Speicherkonzepte oder Zellarchitekturen sich als überlegen herausstellen, können auch neue Player mit spezifischem Prozess-Know-how neu in den Markt einsteigen. 

Wie hoch schätzen Sie den Anteil der E-Autos an den Neuzulassungen in Deutschland im Jahr 2025?  

Danzer: Dazu werden Verkehrsexperten verlässlichere Aussagen treffen. 

Werden die Preise für E-Autos sinken? 

Danzer: Ja. Zunehmende Konkurrenz, Skaleneffekte in der Produktion und Lernkurven werden zu sinkenden Kosten führen.  

Sie fahren noch Verbrenner? 
Danzer: Ja und nein. Beim Fahrrad bin ich elektrisch unterwegs. Beim Auto aktuell mit einem Verbrennungsmotor. Mein nächstes wird ein Batteriefahrzeug aus europäischer Fertigung sein, aller Voraussicht nach mit asiatischen Zellen.


Professor Michael Danzer ist seit April 2016 Inhaber des Lehrstuhls Elektrische Energiesysteme an der Fakultät für Ingenieurwissenschaften der Universität Bayreuth. Danzer leitet auch das neue Bayerische Zentrum für Batterietechnik (Bay-Batt) an der Uni. 

 

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