Geladen - der Batteriepodcast zur Energiewende

Zugegeben, es klingt vielversprechend: "XNRGI hat einen Super-Akku entwickelt, der alle Probleme der aktuellen Batteriegeneration auf einen Schlag lösen soll", schrieb der Brancheninsider Energyload im letzten Jahr. Eine neuentwickelte Lithium-Metall-Batterie verspreche eine sechsmal so hohe Energiedichte, mehr Sicherheit, dazu noch schnelle Ladezeiten. Elektroautos könnten mit dieser neuen Batterie bis zu 1.000 Kilometer weit fahren.

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Die Batterie-Revolution beruhe auf einem bereits patentierten Verfahren: Die Basis dafür seien sogenannte "Wafer", die auch in der Halbleiter-Produktion verwendet werden. Diese rund 30 Zentimeter großen Scheiben werden mit bis zu 160 Millionen winzigen Löchern versehen und von beiden Seiten beschichtet: Eine Seite mit einem leitenden Material (Lithium und andere Metalle), die andere mit einem nicht-leitenden Material.

Knapp sechs Monate nach Ankündigung dieser vollmundigen Pläne kommentiert Batterieforscher Prof. Maximilian Fichtner die Vorhaben des Unternehmens. Kleiner Spoiler: Seine Begeisterung hält sich (noch) in Grenzen.

Weiterführende Quellen:

https://energyload.eu/stromspeicher/forschung/xnrgi-lithium-metall-batterie-superakku/

https://www.auto-motor-und-sport.de/tech-zukunft/alternative-antriebe/xnrgi-lithium-metall-batterie-elektroauto-revolution/

https://xnrgi.com/

Im Geladen-Podcast setzen sich Daniel Messling und Patrick von Rosen mit ihren Gästen wissenschaftlich mit den Themen Energiewende, Elektromobilität, Elektroautos und Batterieforschung auseinander. Dieser Podcast wird produziert für das Karlsruher Institut für Technologie (KIT).

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Die drei Batterie- und Autohersteller CATL, BYD und Tesla haben schon im vergangenen Jahr (2020) angekündigt, verstärkt Lithiumeisenphosphat als Batteriematerial zu verwenden. Im Dezember 2020 schließt sich Volkswagen an. Herbert Diess gab dazu bekannt: "Volkswagen plant für das Small BEV (Battery Electric Vehicle) mit kobaltfreien LFP-Batterien.“

Für Prof. Maximilian Fichtner bricht eine weltweite „Materialdämmerung“ an. Denn: LiFePO4 wurde schon vor mehr als 20 Jahren, erstmals 1997, als Material für einen Lithium-Ionen-Akku vorgeschlagen. Es ersetzt das beim herkömmlichen Lithium-Akku eingesetzte Lithium-Cobaltoxid. Auch wenn die nun von CATL und BYD weiterentwickelte LFP-Zelle immer noch eine leicht geringere Energiedichte und Nennspannung besitzt, sieht Fichtner immense Vorteile bei den neuen LFP-Batterien: "Die Batterie punktet beim Thema Performance, Nachhaltigkeit, Ressourcen-Verfügbarkeit, Preis und vor allem Sicherheit."

Im "Cell-to-Pack-Design" steht indes nicht nur das Material selbst, sondern der Bau der Zellen im Vordergrund. Die Lithiumeisenphosphat-Zellen scheinen aus Sicht von Herstellern als überaus geeignet für das Zusammenspiel zwischen Chemikern und Ingenieuren. Viele Experten prophezeien deshalb eine weitere Erfolgsgeschichte der LFP-Zellen.

Weiterführende Links:

https://www.freenet.de/auto/neuheiten/batteriezellenforschung-china-ist-auf-dem-weg-zum-superakku_7898858_4717844.html

https://www.electrive.net/2020/02/18/tesla-koennte-in-china-lfp-zellen-von-catl-beziehen/

https://www.electrive.net/2020/12/07/tesla-model-3-lfp-akku-zeigt-sich-angeblich-anfaellig-gegenueber-kaelte/

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Was haben Batterien mit Künstlicher Intelligenz zu tun?

Obwohl die Erforschung zukünftiger Batteriematerialien in den letzten Jahren riesige Fortschritte macht, beschäftigen sich immer mehr Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler mit computerbasierten Methoden zur Beschleunigung der Materialforschung. Denn: Laut Expert*innen gibt es mehr als 42 Milliarden mögliche Kombinationen für den Batterieelektrolyten und Anoden- bzw. Kathodenmaterialien. Die Erforschung aller dieser in Frage kommenden Materialmischungen, Prozesse und Verfahrenstechniken dauert mit herkömmlichen Methoden mehrere Jahrzehnte.

Hochdurchsatz-Materialforschung: Das große Ziel von Prof. Dr. Stein ist deshalb eine voll-automatisierte Herstellung von Testbatterien durch Roboter, die Tag und Nacht damit beschäftigt sind, Materialien beschleunigt herzustellen, diese zu charakterisieren und mithilfe von Algorithmen und Künstlicher Intelligenz zu optimieren. Somit könnten neue Batterien schon bald viel schneller entdeckt und auf den Markt gebracht werden.

Weiterführende Inhalte:

https://hiu-batteries.de/news_and_events/helge-stein-zum-juniorprofessor-berufen/

https://www.sek.kit.edu/kit-experten_stein.php

https://www.postlithiumstorage.org/de/news-events/detailseite/helge-stein-zum-juniorprofessor-berufen

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Über diese Ankündigungen waren selbst Batterie-Experten verblüfft: Angeblich habe das deutsch-niederländische Unternehmen SALD BV im November 2020 einen "Durchbruch in der Batterietechnik für Elektroautos" (Autobild) errungen.

Ein neuer Super-Akku könne "in rund zwei Jahren Reichweiten von mehr als 1.000 Kilometern ermöglichen". Sogar 2.000 Kilometer wären danach in greifbarer Nähe. Eine neue Technologie solle für einen "Quantensprung" sorgen. Das "Spatial-Atom-Layer-Deposition"-Verfahren wäre in einem Gemeinschaftsprojekt der deutschen Fraunhofer-Institute und der Forschungseinrichtung "The Netherlands Organisation" (TNO) entwickelt worden. Gemeinsam würden die Batterien nun weiterentwickelt und auf den Markt gebracht werden.

Kritik ist allerdings angebracht: Die Unternehmenspartner selbst wurden erst nach Veröffentlichung der Erfolgsmeldung in Kenntnis gesetzt. Zudem halten führende Batterieforscher wenig von dem Einsatz der ALD-Technik in der Batterie-Entwicklung.

Weiterführende Artikel:

https://www.ivv.fraunhofer.de/de/verpackung/technische-folien-veredelung/sald.html

https://t3n.de/news/fraunhofer-super-akku-e-autos-1337689/

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Billiger, langlebiger, höhere Leistung und schnell aufladbar - so bewirbt das US-Startup QuantumScape seine Batterieinnovation für Elektroautos. Volkswagen ist mit seinen Töchtern, Audi und Porsche, einer der größten Anteilseigner und auch Partner mit Vorgriffsrecht auf die Technologie. Doch handelt es sich tatsächlich um eine Innovation für die Elektromobilität, die die deutsche Autoindustrie wieder an die Spitze führen könnte? Batterieforscher Prof. Maximilian Fichtner ordnet die Ergebnisse ein und bewertet sie vorsichtig. Die Entwicklung habe zwar Potenzial, bis zu einer massentauglichen Batterie sei es jedoch noch ein weiter Weg. Was genau ihn an der Entwicklung überzeugt hat und wo er noch viele Fragezeichen sieht, erklärt er in den "Batterie-News".

Weiterführende Artikel

https://www.auto-motor-und-sport.de/tech-zukunft/alternative-antriebe/feststoffbatterien-vw-elektroauto-doppelte-reichweite-schnellladung/

https://www.augsburger-allgemeine.de/wirtschaft/Was-ist-dran-an-der-Wunderbatterie-fuer-E-Autos-von-Quantumscape-id58701531.html

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Viele Medien berichten seit Jahren über einen beispiellosen Siegeszug der Lithium-Ionen-Batterie. Das lithiumbasierende Batteriekonzept scheint der Schlüssel in der Elektromobilität zu sein. Tatsächlich hat sie eine große Energiedichte, die Lebensdauer ist mehr als ausreichend, die Kosten verringern sich Jahr für Jahr - und auch die Batteriesicherheit wird stets verbessert.

Es ist also logisch, warum alternative Batteriematerialien wie Natrium derzeit etwas abseits stehen. Nichtsdestotrotz gibt es viele vorstellbare Einsatzorte und Anwendungen für diese - meist nachhaltigeren Batterien. Mehr noch: Bei einigen Anwendungen sind sie sogar klar im Vorteil!

In dieser Folge erklärt Dr. Dominic Bresser den Aufbau einer Natrium-Ionen-Batterie und deren Anwendung in sog. „Salzwasserbatterien“. Seine Vision: Große Batteriecontainer an Deutschlands Meeresküsten, die die Energie von Windkraftwerken und Photovoltaik-Anlagen zwischenspeichern. Diese großformatigen Energiespeicher könnten damit eines Tages zur Stabilisierung von Deutschlands Stromnetzen beitragen.

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E-Autos sind in aller Munde, werden jedoch auch kontrovers diskutiert - vor allem im Autoland Deutschland. Von den einen werden sie als Heilsversprechen für die Mobilitäts- und Energiewende gesehen, für die anderen sind sie eine unausgereifte Technologie. Im Mittelpunkt der Diskussionen steht immer wieder die Batterie des E-Autos.

In dieser Folge räumen wir gemeinsam mit Prof. Maximilian Fichtner mit einigen Mythen auf. Er erklärt, was Tesla gut macht und gibt den deutschen Autobauern einen Rat, wie der Vorsprung aufzuholen ist.

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Wir nutzen Batterien seit Jahrzehnten häufig ganz unbewusst in verschiedensten Geräten. Seit kurzem steht die Technologie und die Batterieforschung vor einem Wendepunkt. Batterien nehmen eine bedeutende Rolle in der Energie- und Mobilitätswende ein. Der Strom aus erneuerbaren Energien wie Sonne oder Wind bedarf stationärer Energiespeicher und Elektroautos benötigen leistungsfähige Batterien.

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In der ersten Folge von "Geladen" erklärt unser Gast Prof. Dr. Helmut Ehrenberg, wie Batterien überhaupt funktionieren und warum es keine "Superbatterien" gibt. Er gibt einen Überblick über die neue Rolle von Batterien und wagt einige Zukunftsprognosen.

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