Elektroautos treiben Innovationen für Batterien kontinuierlich voran. Verbesserungspotenzial gibt es unter anderem bei Leistung, Haltbarkeit und Gewicht, aber wie meistens liefert auch hier die Chemie die Lösung.

Die neuesten Generationen von Lithium-Ionen-Batterien werden vorwiegend in gängigen elektronischen Geräten eingesetzt. Für Elektroautos aber sind Batterien mit einer 10.000 Mal höheren Energieleistung gefordert. „Allein vom Volumen her ist das schon eine andere Spielklasse“, sagt Richard Thommeret, Leiter Innovation Communication von Solvays Corporate Research & Innovation. „Elektroautos sind der größte und am schnellsten wachsende Absatzmarkt für Batterien. Deshalb bieten sich Solvay hier die besten Geschäftsmöglichkeiten.“

 

Verbesserungen an allen Fronten

Die größten Herausforderungen bei Batterien sind Energiedichte (Reichweite), Leistung (schnelles Laden) und Sicherheit. Entscheidend ist, dass in kürzester Zeit ausreichend Energie bereitgestellt wird, um eine Tonne Stahl anzutreiben und rasch zu beschleunigen. Damit das möglich ist, arbeiten Batteriehersteller als erstes am Batteriegewicht, und genau an diesem Punkt können Anbieter chemischer Lösungen wie Solvay den Unterschied ausmachen. 

„Der Trick besteht darin, wenig Gewicht und Leistung miteinander zu kombinieren“, sagt Thommeret. „Die nicht aktiven chemischen Komponenten in der Batterie müssen hocheffizient sein, damit man mit geringeren Mengen auskommt.“ Eine weitere Möglichkeit, Gewicht einzusparen, sind leichte Verbundwerkstoffe, die Metall in der Batteriestruktur ersetzen. Sie sind eine weitere Solvay-Spezialität und werden bereits in der Luft-, Raumfahrt- und Automobilindustrie verbreitet eingesetzt. 

Bei der Leistung ist es Ziel, nach und nach die Batteriespannung und damit die Energiedichte zu steigern. Noch vor einigen Jahren hatten Hochleistungsbatterien im Schnitt eine Spannung von 3,7 Volt. Heute sind bis zu 4,2 Volt möglich, angestrebt sind 4,9 Volt. Jedes Zehntel Volt mehr ist ein großer Erfolg, denn schon ein geringfügiger Spannungsanstieg  bedeutet deutlich mehr Energie.

„Ansatzpunkt für die Entwicklung von Chemikalien, die höhere Voltzahlen ermöglichen, ist zum einen die Zusammensetzung der Bindemittel nahe Anode und Kathode, denen Solvay mehr Stabilität und Kapazität verleiht. Der zweite Ansatzpunkt ist die Chemie der flüssigen Elektrolyten, die Lithiumsalze, Additive und Lösemittel enthalten und dafür sorgen, dass die Elektronen zirkulieren können“, sagt Thommeret.

 

Die richtigen Additive für optimale Leistung

Solvay ist auf diese Additive für Elektrolyte spezialisiert, zumal die Gruppe Anfang 2017 von Dupont die Energain-Technologie gekauft hat. Derzeit nutzt die Gruppe diese Technologie für fluorbasierte Lösemittel und Additive, um gemeinsam mit ihren Kunden Batterien mit immer höherer Leistung zu entwickeln. Fluorhaltige Flüssigkeiten können darüber hinaus auch für Kühlsysteme genutzt werden, da Überhitzen die Funktion der Batterien beeinträchtigt. Zusätzliche Vorteile: Die Flüssigkeiten sind nicht-korrrosiv, nicht-toxisch und nicht-brennbar. Zusätzlich hat Solvay über Solvay Ventures in Nohms investiert. Das amerikanische Start-up entwickelt ionische Flüssigkeiten für Lithiumbatterien, die die Sicherheit erhöhen.

All diese neuen Technologien und Materialien tragen dazu bei, die Lebensdauer von Batterien zu verdoppeln und die Reichweite des neuen Tesla von 400 km auf 800 km zu verlängern. Die Lebensdauer ist ein wichtiger Faktor. Batterien für tragbare Geräte können einige Jahre halten. Eine Autobatterie aber muss 10 bis 15 Jahre oder länger halten, und am Ende noch über etwa 80 Prozent ihrer anfänglichen Batterieleistung verfügen. Sie muss, auch nach tausenden von Lade- und Entladevorgängen, eine konstante Ladeleistung aufweisen. Dafür ist genau die Art von spezifischer Hochleistungstechnologie nötig, an der Solvay zurzeit für die Zukunft sauberer Mobilität arbeitet.

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