Wie können wir viel schneller Batterien mit höherer Energiedichte oder Zyklenzahl entwickeln? Es wird viel darüber nachgedacht, wie Künstliche Intelligenz (KI) die Batterieforschung und Entwicklung beschleunigen kann. Doch eigentlich müssten nicht mit viel Aufwand und Ressourcen KIs trainiert werden, sondern erstmal die wertvollen Daten, die bei der Batterieforschung entstehen, zugänglich und lesbar gemacht werden. Das würde die Entwicklung von Batterie-Innovationen wahnsinnig beschleunigen. Und wenn diese Daten standardisiert vorliegen würden, könnte damit eine KI perfekt arbeiten und die Forschenden unterstützen. Wie das genau geht, erklärt Prof. Helge Stein von der TU München.

Die Erhebung und Standardisierung von Forschungsdaten sind essenziell für die Qualität und Vergleichbarkeit wissenschaftlicher Ergebnisse. Einheitliche Datenformate und strukturierte Erfassungsmethoden ermöglichen bessere Ergebnisse in der Batterieforschung. Und sie sind die Vorraussetzung für einen noch viel zielgerichteteren Einsatz von KI. KI und maschinelles Lernen unterstützen heute schon viele Bereiche der Forschung. Aber das Potenzial für die Zukunft ist enorm.

Im Geladen-Podcast setzen sich Patrick Rosen und Daniel Messling mit ihren Gästen wissenschaftlich mit den Themen #Energiewende, #Elektromobilität, #Elektroauto und #Batterie auseinander. Der Podcast wird produziert vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT).

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Sponsoring in der heutigen Episode: Wechselpilot - Wechselservice für Strom & Gas: Nie wieder zu viel für Energie bezahlen! Wechselpilot sorgt dafür, dass du immer im besten Energietarif bist – und das jedes Jahr! Mit dem Coupon "GELADEN20" erhältst du als Geladen-Hörer 20 EUR Cashback für deinen ersten Wechsel: http://www.wechselpilot.com/geladen/

2025: Prof. Maximilian Fichtner gibt für alle neuen Hörer des Geladen-Batteriepodcasts ein Update von den populären Lithium-Ionen-Batterien bis hin zu sehr exotischen Zellchemien für Batterien.

00:00 Intro: CATL produziert Natrium-Ionen-Batterie

Veröffentlichung zu Natrium-Ionen-Batterien: "High-Energy, High-Power Sodium-Ion Batteries from a Layered Organic Cathode": https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c17713

Golem-Artikel: "Besser als Lithium: Natrium-Batterie übertrifft bestehende Technik fast durchweg": https://www.golem.de/news/besser-als-lithium-natrium-batterie-uebertrifft-bestehende-technik-fast-durchweg-2502-193608.html

Warum gibt's jetzt bezahlte Sponsorings im Geladen-Podcast? Hier die Antwort: https://soundcloud.com/user-661738088/vielen-dank-fur-all-ihre-nachrichten

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Europa versucht bei der Zellproduktion gegenüber Asien und speziell China aufzuholen. Vor kurzem waren noch 13 Gigafactories in Deutschland angekündigt, darunter auch europäische Hersteller. Dieser Hype ist spätestens seit Northvolts Insolvenzverfahren und einigen Gigafactory-Absagen vorbei. Gleichzeitig scheint aufgrund von Handelskrieg und möglichen chinesischen Exportbeschränkungen eine eigene europäische Zellherstellung wichtiger denn je. Dr. Christoph Neef (Fraunhofer ISI) und Dr. Florian Degen (Fraunhofer FFB) erklären, wie man es mit dem Aufbau und dem Ramp-up einer Gigafactory besser machen kann.

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In der heutigen Podcast-Episode sprechen wir mit Hans Urban und Ulrich Bürger (CTO EcoStor) über Großbatterien. Schon heute sind knapp 2,2 GWh Kapazität dieser Riesenakkus an deutschen Netzen installiert. Großbatterien stabilisieren Stromnetze, indem sie erneuerbarer Energie speichern und zur Bereitstellung von Regelenergie genutzt werden. Außerdem können sie zu günstigen Zeiten ihre Stromkapazitäten an der Börse handeln. Deshalb warten mittlerweile rund 340 GW an Großbatterie-Projekten auf ihre Genehmigung bei den Übertragungsnetzbetreibern… ein Zeichen dafür, wie rentabel diese Großbatterien derzeit wohl sein müssen.

Wir reden heute über die typischen Vor- und Nachteile dieser XXL-Batterien:

Vorteile von Großbatterien:

✅ Schnelle Reaktionszeit: Batteriespeicher können innerhalb von Millisekunden auf Netzschwankungen reagieren. Das macht sie ideal für die Bereitstellung von Primärregelleistung. ✅ Integration erneuerbarer Energien: Sie helfen, die Volatilität von Wind- und Solarstrom auszugleichen, indem sie Überschüsse speichern und bei Bedarf wieder abgeben. ✅ Netzentlastung: Durch Lastspitzenkappung (Peak Shaving) können sie Netzüberlastungen reduzieren und den Ausbau der Netzinfrastruktur optimieren. ✅ Flexibilität & Skalierbarkeit: Sie sind modular aufgebaut und können je nach Bedarf erweitert werden. ✅ Wirtschaftlichkeit bei Frequenzregelung: Viele Großbatterien erzielen hohe Erlöse im Regelenergiemarkt.

Die Nachteile dieser Batterien:

❌ Ohne intelligente Netzsysteme "sehen" Batterien keine lokalen Netzüberlastungen und können kontraproduktiv zu Netzstabilitäten wirken. ❌ Hohe Investitionskosten: Die Anschaffung und Installation sind teuer, obwohl die Kosten für Batteriespeicher kontinuierlich sinken. ❌ Begrenzte Speicherdauer: Im Vergleich zu Pumpspeicherkraftwerken oder Wasserstoffspeichern können Batterien nur für wenige Stunden Energie speichern. ❌ Lebensdauer & Degradation: Lithium-Ionen-Batterien haben eine begrenzte Zyklenlebensdauer, was die langfristige Rentabilität beeinflussen kann.

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Mercedes kooperiert schon seit langem mit zwei Batterie-Startups, die jeweils Feststoff-Akkus entwickeln: ProLogium (Taiwan) und Factorial Energy (USA). Nun testet Mercedes sog. "B-Muster"-Zellen von Factorial, die vielversprechender nicht sein können: Ein Prototyp-E-Fahrzeug (Mercedes EQS) soll angeblich schon 25% mehr Reichweite (ca. 1.000 km) mit nur einer Akku-Ladung zurücklegen können. Im Hintergrund zeichnet sich damit bei Mercedes auch ein Kopf-an-Kopf-Rennen der unter unterschiedlichen Zellchemien ab: Verfolgen ProLogium und Factorial doch äußerst unterschiedliche Entwicklungspfade!

Im September 2024 präsentierte Factorial Energy seine sog. "SOLSTICE"-Batterie, eine All-SolidState-#Festkörperbatterie mit einer Energiedichte von bis zu 420 Wh/kg. Diese Technologie verspricht (1) höheren Reichweite von Elektrofahrzeugen, (2) eine Aufladung innerhalb 20 Minuten, (3) mit 2.000-3.000 Zyklen eine hohe Lebensdauer und (4) das Fahrzeuggewicht signifikant zu reduzieren.

Wir fragen heute unseren Podcastgast Dr. Raimund Körver (Factorial Energy) nach aktuellen Herausforderungen, die die beiden Feststoffzellen, die Factorial Energy für Mercedes entwickelt, noch so aufweisen:

"FEST": Lithium-Metall-Anode und "Quasi-Festelektrolyt", Polymer-basierter Elektrolyt, B-Muster-Status bei Mercedes, längliche Pouchzelle, 106 Ah Ladekapazität, 391 Wh/kg, 770 Wh/l.

"SOLSTICE": Sulfid-basiertes Feststoff-Elektrolytmaterial, Betriebstemperatur über 90 Grad Celsius, trockenbeschichtet, A-Muster-Status bei Mercedes, rechteckige Pouchzelle, 40 Ah Ladekapazität, 420 Wh/kg, 860 Wh/l -

Herzlichen Dank an die Stichwortgeber dieser Episode Markus Probst und Reto Baumer.

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Batterien werden im sich ausweitenden Handelskrieg zwischen USA und China eine besondere Rolle spielen. Für die USA sind sie schon eine matter of national security. Der größte Zellhersteller der Welt, CATL, wurde dort kürzlich zum militärischen Unternehmen erklärt. Das könnte im schlimmsten Fall zu Sanktionen gegen CATL führen, die Europa dann mittragen müsste und dann keine Zellen mehr beziehen könnte. Auch in der europäischen Politik werden Batterien immer öfter als sensible Komponente eingeschätzt. Die Lieferung von Batterien für die Drohnen der Ukraine wurden z.B. vor einigen Wochen von China eingestellt.

Herzlichen Dank an den Stichwortgeber dieser Episode Christoph Weber.

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In dieser Kurzepisode stellt unser Podcastgast Professor Martin Doppelbauer (ETI/KIT) die historische Entwicklungen bis hin zu den ersten Elektromotoren dar.

https://www.eti.kit.edu/1376.php

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Unser heutiger Podcastgast Michael Liebreich ist Energiewende-Berater, Mitgründer von BloombergNEF und Erfinder der berühmten "Wasserstoff-Leiter". Diese "Leiter" - eine vielbeachtete graphische Darstellung von hierarchisch angeordneten Wasserstoff-Anwendungen - wurde in den letzten Jahren oft diskutiert und zitiert. Anlass genug, um mit Michael Liebreich über die deutsche Wasserstoffwirtschaft, H2-Einsatzorte und über den Transport von grünem Wasserstoff zu sprechen.

Seine Wasserstoff-Leiter funktioniert so: Je höher eine Wasserstoff-Anwendung (A) gelistet, desto wirtschaftlicher und alternativloser der Einsatz von grünem Wasserstoff. Je tiefer (G), desto obsoleter/teurer wäre Wasserstoff.

A) Düngemittel, Hydrocracken, Katalyse, Entschwefelung, Methanol.

Kurzum: Michael Liebreich sieht weite Teile der deutschen Wasserstoffstrategie als fehlgeleitet. Seine ökonomische Analyse ergibt, dass sowohl die (1) Hersteller, als auch (2) die Transporteure und (3) die Käufer von grünem Wasserstoff wenig Chancen haben, gemeinsam eines Tages eine substanzielle Wasserstoffwirtschaft in Deutschland entwickeln.

Selbst bei derzeit utopisch erscheinenden Abnehmerpreisen von 2,00 bis 3,00 Euro pro Kilogramm grünem Wasserstoff sieht Liebreich in vielen Industriebereichen keine große Zukunft für Wasserstoffanwendungen. Alternativlos sieht er hingegen einen vereinzelten Einsatz von grünem Wasserstoff für die Produktion von Düngemitteln, chemische Rohstoffe, Luftfahrt, Schiffsverkehr und saisonale Stromspeicher.

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Unser Podcastgast Prof. Lion Hirth (Hertie School Berlin) analysiert täglich Deutschlands Energiemärkte. Unübersehbar dabei, dass die Übertragungsnetze immer öfter an ihre Kapazitätsgrenzen stoßen. Obwohl er keine Angst vor einem bevorstehenden Blackout hat, sieht er doch eine wachsende Ineffizienz, die Deutschland jedes Jahr immer teurer zu stehen kommt: Fünf Mrd. Euro an Kosten pro Jahr fallen mittlerweile dafür an, dass der Strom überall im Land gleich viel kostet - die sog. "einheitliche deutsche Strompreiszone" (scherzhaft fiktiv auch "Kupferplatte" genannt). Hirth und seine Kollegen empfehlen nun eine Lösung, die nicht allen gefallen dürfte.

Deutschlands Elektrizitätsnetzen entstehen immer dann hohe Kosten, wenn Übertragungsnetze den Strom nicht gleichmäßig in ganz Deutschland verteilen können. Dann stehen Windkrafträder ungeplant still, PV-Parks werden abgestellt und Gaskraftwerke springen anderenorts ein: "Die einen bekommen für die Produktion mehr Geld als den einheitlichen Strompreis, die anderen bekommen Geld dafür, dass sie nicht produzieren", so Hirth. Im Gegensatz zur Bundespolitik geht er nicht davon aus, "dass die dafür verantwortlichen Netzengpässe auf absehbare Zeit gelöst werden". Der Netzausbau werde dauerhaft zu langsam sein.

Dabei wäre es relativ einfach, die "Spielregeln des Strommarktes" zu ändern: Eine Aufteilung der deutschen Strompreiszone würde zum Beispiel viele Probleme lösen:

Genau diesen Weg sind die skandinavischen Länder bereits gegangen: Norwegen hat fünf Preiszonen, Schweden hat vier, sogar Dänemark ist in zwei Zonen unterteilt. Prof. Hirth denkt daher sogar über sogenannte "lokale Strompreise" nach. Dadurch würden nicht nur zwei, drei, vier oder fünf deutsche Strompreiszonen entstehen, sondern gleich mehr als 500 Zonen. Nämlich jeweils an den Umspannwerken einer jeden Stadt. Das "Maximum an Effizienz, Kosten, Digitalisierung und Marktdenken" hat nur einen Nachteil: Einige deutsche Regionen werden wohl im Schnitt höhere Strompreise zahlen müssen als bisher gewohnt.

FAZ-Artikel: https://www.faz.net/aktuell/wirtschaft/klima-nachhaltigkeit/der-deutsche-strommarkt-braucht-lokale-preise-19845012.html

Lion Hirth auf Linkedin: https://www.linkedin.com/posts/lionhirth_lokale-preise-activity-7281983242486837249-hEZB

Die Ergebnisse der "#Bidding #Zone #Review" werden verzögert veröffentlicht. Der europäische Netzbetreiber #ENTSO-E bestätigte eine Verzögerung der "Gebotszonenüberprüfung" vom 27. Januar auf das Frühjahr 2025.

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Die Geladen-Episode (17.11.24) mit Elektrotrucker Tobias Wagner hat viele Hörerfragen zu "Elektromotoren für E-Lkw" aufgeworfen. Danke sehr für die vielen YouTube-Kommentare, liebes Publikum! Unser Podcastgast Prof. Martin Doppelbauer (KIT/ETI) gibt heute Antworten auf die 16 dringendsten Fragen.

Martin Doppelbauer ein Buch geschrieben: "Grundlagen der Elektromobilität - Technik, Praxis, Energie, Umwelt. Mit diesem Buch erhält der Leser einen Gesamtüberblick zu den Themen Elektromobilität, Energietechnik, Elektrotechnik, Maschinenbau, Wirtschaftsingenieurwesen

https://link.springer.com/book/10.1007/978-3-658-44828-8

Fragen an Prof. Martin Doppelbauer:

0:57 Motorarten für E-Auto vs. E-Lkw (PSM, FESM, ASM)

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