Kochsalz oder Schwefel in der Batterie? - was ein bisschen an Daniel Düsentrieb und seine fantastischen Erfindungen erinnert, soll nach der Meinung von Startups in Europa und den USA die Zukunft der Elektromobilität sein. Billiger sollen die Batterien werden und ohne die Rohstoffe auskommen, die derzeit fast ausschließlich aus China kommen.
Nach Berechnungen des britischen Beratungsunternehmens Benchmark Mineral Intelligence verfügt die Volksrepublik derzeit über 75 Prozent der weltweiten Kobalt- und 59 Prozent der Lithium-Raffineriekapazitäten. „Wir hängen immer noch von der Lieferung von Metallen aus China ab“, sagt James Quinn, Chef des britischen Natrium-Ionen-Startups Faradion. „Wenn man sich die geopolitischen Implikationen ansieht, ist das eine Gefahr für die Energiesicherheit, die wirtschaftliche Sicherheit und die nationale Sicherheit.“
Doch die Technik steckt noch in den Kinderschuhen. Bevor sie in Autos zum Einsatz kommen kann, ist noch eine Menge Forschung nötig.
Rund 10.000 bis 12.000 Euro kostet eine Autobatterie in etwa - sie ist damit das teuerste Teil eines Elektroautos. Und bei der Batteriezelle selbst entfällt rund ein Drittel der Gesamtkosten auf die Kathode, einer der beiden Pole der Batteriezelle und der Ort, an dem die geladenen Elektronen gespeichert werden, bis sie in der Fahrt an das Gegenstück Anode abgegeben werden. Bei modernen Autobatterien besteht sie aus Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt (NMC) oder Lithium-Eisenphosphat (LFP). NMC-Batterien können dabei mehr Energie speichern, sind aber teurer als LFP-Akkus. Bislang verfügen die meisten Elektroautos, die auf Europas Straßen unterwegs sind, über NMC-Akkus. Die LFP-Technik kommt vor allem bei Einstiegsmodellen zum Einsatz.
Kochsalz ist schwer, Schwefel ätzend
Startups forschen an noch billigeren Alternativen. Eine davon ist die Natrium-Ionen-Technologie, die als wichtigsten Ausgangsstoff Natriumchlorid hat - also Kochsalz. „Natrium-Ionen-Akkus haben definitiv einen Platz, insbesondere für stationäre Stromspeicher und günstige Einstiegsfahrzeuge in Märkten wie China, Indien, Afrika oder Südamerika“, sagt Unternehmensberater Prabhakar Patil, ein ehemaliger LG Chem-Manager. Der chinesische Batterie-Riese CATL forscht an der Technik, genauso wie Amandarry aus dem US-Bundesstaat Michigan oder das britische Startup AMTE Power.
Andere, wie die US-Firmen Lyten und Conamix, Theion aus Berlin und die norwegische Morrow, arbeiten an Schwefel-Kathoden, bei denen zwar immer noch kleinere Mengen Lithium benötigt werden, aber weder Nickel noch Kobalt. „Die Einführungskosten für Lithium-Schwefel-Batterien dürften höher ausfallen, was Unterhaltungselektronik als erste Anwendung möglich erscheinen lässt“, sagt Berater Patil. „Sie versprechen aber auch extrem niedrige Preise.“
Allerdings haben beide Technologien ihre eigenen Nachteile: So fällt die Energiedichte bei Natrium-Ionen-Akkus deutlich geringer aus als bei LFP oder sogar NMC-Batterien. Das heißt, die Batterien fallen deutlich größer und schwerer aus, wenn sie genauso viel Energie speichern sollen wie NMC-Akkus. In Autos heißt das, dass die Reichweite unter dem Niveau bleibt, das mit den derzeit üblichen Batterien möglich ist.
AMTE-Chef Kevin Brundish sagt, sein Unternehmen werde als erstes Natrium-Ionen-Batterien für stationäre Speicher auf den Markt bringen - riesige Batterien für Stromkonzerne, in denen etwa der überschüssige Strom aus Solaranlagen gespeichert werden kann: Hier spielen Größe und Gewicht keine Rolle.
Schwefel sei „eine verflixt schwierige Chemie“ für den Einsatz in Batterien, sagt Celina Mikolajczak, Cheftechnikerin beim US-Startup Lyten. Dennoch sei es „die Chemie der Zukunft, die Chemie für den Massenmarkt.“ Energiedichte ist bei Schwefel-Batterien kein Problem. Dafür sei das Material aber sehr aggressiv und zerstöre den Akku nach rund 30 Ladezyklen, sagt Theion-Chef Ulrich Ehmes. Sein Unternehmen will das Problem mit einer speziellen Beschichtung in den Griff bekommen, die ein Autoleben lang halten soll. Die ersten Test-Zellen sollen 2024 an Autohersteller ausgeliefert werden, die erste kommerzielle Anwendung könne 2027 kommen. Lithium-Schwefel-Batterien könnten dreimal so viel Energie speichern wie Standard-NMC-Zellen, schnell aufgeladen werden und die Kosten für die Batteriezellen um zwei Drittel reduzieren. „Es ist billig, es hat eine hohe Energiedichte, und deswegen muss man darüber nicht lange nachdenken“, sagt Ehmes.
Bis die neuen Batterien auf den Markt kommen, dürfte es also noch dauern. Und doch führt angesichts der Abhängigkeit von wichtigen Rohstoffen aus China und anderen Ländern wie dem Kongo oder Staaten in Südamerika nach Einschätzung der Startups kaum ein Weg daran vorbei. Tony Harper, Direktor des britischen Batterie-Programms Faraday Battery Challenge, sagt, die Autobranche mache sich zunehmend Sorgen wegen der Verfügbarkeit von Lithium, Kobald, Mangan und Nickel. Deswegen seien neue Mischungen entscheidend. „Das nimmt Spannung heraus aus einer sehr, sehr schwierigen Lage.“
