Batterietechnologie

Herr Prof. Winter, liegt das tatsächlich nur an den hohen Anschaffungskosten und der geringen Reichweite – Argumente, die in diesem Zusammenhang immer wieder genannt werden?

Winter: Die Reichweite ist meines Erachtens nicht primär ausschlaggebend. Könnte sich jeder ein Stadtauto leisten, wäre sie sicherlich kein Thema. Aber für einen reinen Zweitwagen ist die Technologie einfach noch sehr teuer. Ich sehe vor allem zwei weitere Faktoren: Zum einen fehlt uns die Infrastruktur. Das Netz der E-Tankstellen ist noch nicht so engmaschig wie das herkömmlicher Tankstellen. Hinzu kommt, dass das Aufladen relativ unkomfortabel ist. Ein Fahrzeug mit Verbrennungsmotor zu betanken dauert vielleicht fünf Minuten – bei einem Elektroauto nimmt das Tanken selbst an einer Schnellladesäule bis zu dreißig Minuten in Anspruch. Und wer keine eigene Garage mit Steckdose hat, kann sein Auto auch nicht zu Hause aufladen. Gleichzeitig ist das Konkurrenzprodukt, nämlich der Verbrenner, ein ausgereiftes Produkt mit derzeit sehr günstigen Energien. Es liegt also nicht nur an möglichen Schwächen des Elektroautos, sondern ebenso an den Stärken des etablierten Systems. Das macht es insgesamt schwierig für das Elektroauto.

Wie realistisch ist in diesem Umfeld noch das Ziel der Bundesregierung, die Anzahl der E-Autos bis 2020 auf rund eine Million zu erhöhen?

Winter: Das Ziel wurde 2008/2009 festgelegt, nun haben wir 2015, und auf den Straßen sind knapp 20 000 Elektroautos unterwegs. Angesichts der Tatsache, dass 2008 noch gar keine Modelle auf dem Markt waren, war das ein sportliches Vorhaben. Immerhin gibt es nun Elektroautos, das ist ein Anfang. Doch ich frage Sie: Warum sollte ich mir eins anschaffen? Die Kosten sind hoch, die Reichweite ist niedrig, die Versorgung mittelmäßig. Das heißt, im Moment gibt es einfach nicht genug attraktive Kaufanreize. Es existieren zwar Ideen wie beispielsweise kostenloses Parken oder die Benutzung der Busspur für Elektroautos. Doch umgesetzt wurde das nur sehr lokal begrenzt. Die vorhandene Technologie, der Verbrennungsmotor, hat einfach derzeit zu viele Vorteile, die auch individuell erfahrbar sind. Daher würde es mich nicht wundern, wenn wir das Ziel bis 2020 nicht erreichen.

Warum dauert die Weiterentwicklung so lange?

Winter: Es kommt uns nur lange vor. Sicherlich liegt es auch daran, dass wir dem Thema in Deutschland im internationalen Vergleich verhältnismäßig wenige Ressourcen bereitstellen und das auch erst seit relativ wenigen Jahren. Zwar wurde hierzulande noch nie so intensiv daran gearbeitet wie jetzt. Verglichen mit anderen Ländern wie beispielsweise Japan, USA, Korea oder auch China, ist das aber noch wenig.

Auf einer Skala von 1 bis 10: Welchen Entwicklungsstand hat die massentaugliche Fahrzeug-Batterie auf Lithium-Ionen-Basis heute erreicht?

Winter: Schwer zu sagen – wir stehen an einen Punkt, an dem wir zwar massentaugliche Lithium-Ionen-Batterien haben, die den Mindestanforderungen im Bereich Zuverlässigkeit und Lebensdauer gerecht werden. Gleichzeitig gibt es aber hinsichtlich Reichweite und Performance bei tieferen Temperaturen noch viel Luft nach oben. Auf einer Skala von 1 bis 10 würde ich sie bei 3 bis 4 verorten. Zum Vergleich: Verbrennungsmotoren würde ich bei 7 bis 8 einsortieren. Auch hier sehe ich noch Potenzial: bessere Abgastechnik, weniger Verbrauch.

Welche Alternativen gibt es zur Lithium-Ionen-Batterie im Elektrofahrzeug?

Winter: Wenn es auf Energie pro Volumen ankommt, ist die Lithium-Ionen-Technologie im Moment einfach führend. Wenn es auf Energie pro Gewicht ankommt – was in der Luftfahrt der Fall ist – dann ist hingegen auch die Lithium-Schwefel-Technologie interessant, weil sie hier aktuell noch besser abschneidet als die Lithium-Ionen-Batterien. Die Lithium-Luft-Batterie ist meiner Meinung nach für beide Anwendungen momentan nicht einsatzfähig. Sie benötigt viele Systemkomponenten, das wirkt sich auf das Gewicht aus. Die volumetrische Energie ist schon auf Zellebene nicht gut, und auch im besten Falle hat die Technologie nur 85 bis 90 Prozent Energie-Effizienz, also einen Verlust von 10 Prozent und mehr pro Zyklus, was zu viel ist. Derzeit ist das reine Grundlagenforschung, zwar durchaus mit einem offenen Ausgang, aber ich denke nicht, dass sich da von heute auf morgen ein Durchbruch erzielen lässt.

Gibt es eine greifbarere Lösung?

Winter: Bei den stationären Batterien, also Speichern, die nicht mobil sind, wird es meiner Einschätzung nach in den nächsten 10 bis 15 Jahren eine große Zellchemie-Vielfalt geben: Da sind wir weder in Volumen, noch in Masse limitiert. Das eröffnet ganz neue Möglichkeiten.

Mit Blick auf die Anwendung in Elektrofahrzeugen: Wie wettbewerbsfähig ist die deutsche Batterieforschung im internationalen Vergleich?

Winter: Japan, USA, China, Korea – diese Länder stecken unglaublich viel Arbeit und Geld in die Batterieforschung. Im Vergleich dazu machen wir weniger. Dort finden Sie 50, 60 in der Batterieforschung engagierte Kolleginnen und Kollegen – in Deutschland sind es maximal zehn. Viele weitere Forscher arbeiten temporär mit. Das liegt unter anderem an den Forschungsprogrammen, die in der Regel über einen relativ kurzen Zeitraum angelegt sind und nicht nahtlos ineinander übergehen. Es fehlt also an Kontinuität, was dazu führt, dass sich kompetente Fachkräfte notgedrungen anderen Themen zuwenden. Das ist schade, weil dadurch viel Wissen verloren geht. Auch deshalb ist es sehr begrüßenswert, dass das Bundesministerium für Bildung und Forschung 2014 die Großmaßnahme „Batterie 2020“ ausgeschrieben hat. Sie zielt darauf ab, aktuelle Verbundprojekte voranzutreiben und untereinander zu vernetzen.

Welche Rolle spielen Unternehmen wie Bosch, wenn es darum geht, die Weiterentwicklung voranzutreiben?

Winter: Eine immens wichtige Rolle. In diesen Unternehmen steckt eine Menge Knowhow, und sie verfügen über Kapital, um dieses Wissen zu nutzen und neue Technologien voranzutreiben. Aber auch sie müssen langfristig am Ball bleiben.

Und wie wichtig sind Ihrer Meinung nach Allianzen aus Wirtschaft, Wissenschaft und Politik?

Winter: Wenn wir ein Thema wie die Elektromobilität als nationale Aufgabe sehen und so eine durchgehende Wertschöpfungskette vom Material bis zur Anwendung schaffen, inklusive Zellfertigung und Batteriefertigung, dann ist das absolut wünschenswert. Die Voraussetzungen sind gut: Denn wir haben in Deutschland zahlreiche Verbünde, die Kompetenzen aus unterschiedlichen Wertschöpfungsstufen zusammenbringen, wie die Nationale Plattform Elektromobilität, das Batterieforum Deutschland und das Kompetenzwerk Lithium-Ionen-Batterien. Das ist auch im internationalen Vergleich außergewöhnlich und das Zusammenspiel funktioniert sehr gut.

Eine persönliche Frage zum Schluss: Wann käme für Sie ein Umstieg auf ein Elektrofahrzeug infrage?

Winter: Ich warte damit noch ab, bis die Technologie ihre Kinderkrankheiten überwunden hat, die Batterien günstiger sind und eine höhere Reichweite haben. Und mir wäre es wichtig, dass Elektroautos einen gewissen Sonderstatus genießen – Stichwort Busspuren nutzen, kostenloses Parken. Dann würde ich sofort zugreifen!

(Die Fragen beantwortete Prof. Dr. Martin Winter im Dezember 2015)