Braunschweig. Wissenschaftler arbeiten an der Industrialisierung leistungsfähiger Batteriezellen.
Klein sollen sie sein, möglichst leicht, aber doch sehr leistungsfähig. Sie sollen schnell geladen werden können und lange halten. Viel kosten sollen sie aber nicht – und sich doch in kurzer Zeit zuverlässig in hoher Auflage produzieren lassen. Die Anforderungen an Batteriezellen sind hoch, und sie werden noch größer werden. Zwar begleiten uns Batterien und wiederaufladbare Akkus schon seit Jahrzehnten. Mit dem Ausbau der Elektro-Mobilität bekommen Batteriezellen aber eine neue Bedeutung. Sie geben die Reichweite eines E-Autos vor und spielen bei der Preisgestaltung eine wichtige Rolle – damit hängt der Erfolg oder Misserfolg der E-Mobilität ab von der Entwicklung der Batteriezellen.
Um eine Großserien-Fertigung dieser wichtigen Technik in Deutschland vorzubereiten, hat das Bundesministerium für Bildung und Forschung 2016 das Forschungsprojekt „ProZell“ aufgelegt. In Summe fließen in zwei Förderperioden 46 Millionen Euro an zwölf deutsche Universitäten und Forschungseinrichtungen – in führender Rolle ist dabei die TU Braunschweig.
Die Fäden laufen bei Professor Arno Kwade zusammen. Der Wissenschaftler, der zugleich die an die TU angegliederte Batterie-Forschungsfabrik leitet, bestätigt im Gespräch mit unserer Zeitung, dass das Ausrollen der E-Mobilität ein Treiber der Batterie-Forschung ist. Ohnehin arbeiteten die TU-Wissenschaftler eng mit der VW-Batterieforschung in Salzgitter zusammen. In der Stahlstadt soll eine Batteriefabrik entstehen, die VW gemeinsam mit dem schwedischen Partner Northvolt errichtet. Nach Angaben Kwades sind viele seiner promovierten Mitarbeiter inzwischen zum Autobauer gewechselt.
Der eigentliche Auftrag des Forschungsprojekts sei zugleich die größte Herausforderung, sagt Kwade: eine wirtschaftliche Großserienfertigung von Batteriezellen mit einer weltweit führenden Energiedichte. „Bei gleicher Größe soll die Batteriezelle immer mehr leisten“, betont der Wissenschaftler. Nach seiner Einschätzung kann die Leistung von Lithium-Ionen-Zellen noch um etwa ein Drittel erhöht werden.
Der größte Hebel, um dieses Ziel über Produktionsprozesse zu erreichen, sei der Einsatz immer dickerer Elektroden – also jener Bauteile einer Batterie, in denen die elektrische Energie gespeichert wird. Allerdings verlangsame sich mit zunehmender Dicke der Elektrode der Ladevorgang. Daher müsse die Struktur der Elektroden so gestaltet werden, dass sie ein Schnelladen ermöglicht.
Kwade spricht von „Hauptstraßen“ in der Elektroden-Struktur, die es dem Strom ermöglichten, schnell zu fließen. Auch technisch nicht versierte Menschen dürften zumindest erahnen, dass hinter diesem Ziel ein hoher Entwicklungsaufwand steckt.
In der zweiten Förderperiode des „ProZell“-Forschungsprojekts von Oktober 2019 bis September 2022 werden laut Kwade Projekte nicht nur fortgeführt, sondern auch neue Ansätze verfolgt. Dazu gehöre unter anderem das Batterie-Recycling. „Wir müssen eine Kreislaufwirtschaft aufbauen, um keine Materialien zu verlieren“, sagt er.
Außerdem soll ein digitaler Zwilling der Produktion entwickelt werden – also ein Simulations-Programm, dass alle Produktionsschritte beherrscht und anzeigt. Dieser Zwilling soll bei der Planung einer neuen Fertigungsanlage wertvolle Hilfe leisten und später die laufende Produktion überwachen.
Die zwölf in das „ProZell“-Projekt eingebundenen Universitäten und Forschungseinrichtungen würden sich regelmäßig mit den Projektpartnern austauschen, berichtet Kwade. Überwacht werde die Arbeit von einem Management-Kreis, der sich aus beteiligten Wissenschaftlern und Vertretern der Industrie als potenzielle Kunden zusammensetze. Chef dieses Kreises ist Kwade.
Auch wenn das Ziel der Forschungsarbeit der Aufbau einer Batteriezell-Produktion in Deutschland ist, ist der Erfolg nicht garantiert. Als ein Hindernis wird von der Industrie der hohe Strompreis in Deutschland genannt, der Investitionen in entsprechende Anlagen erschwere. Auch Kwade sagt: „Die Rahmenbedingungen sollten so angepasst werden, dass eine Batteriezell-Fertigung in Deutschland wirtschaftlich erfolgreich wird.“