Bosch: Batterie der Zukunft

Aktuelle Herausforderung: hohes Gewicht, geringe Energiedichte

Wie die nötigen Fortschritte in der Batterietechnik gelingen sollen, erklärt Dr. Thorsten Ochs, Leiter des Forschungsbereichs Batterietechnologie, am neuen Bosch-Forschungscampus Renningen: "Für die breite Akzeptanz der Elektromobilität benötigen wir eine nutzbare Energie von 50 Kilowattstunden bei einem Mittelklassefahrzeug." Würde man das mit klassischen Bleibatterien schaffen wollen, so kämen die Speicher selbst ohne Verkabelung und Halterung auf ein Gewicht von 1,9 Tonnen. So viel wiegen heutige Mittelklasse-Limousinen – mit Insassen und Gepäck. Eine herkömmliche Bleibatterie – wie sie heute in fast jedem Auto steckt, um den Anlasser mit Strom zu versorgen – speichert bei einem Gewicht von 19 kg eine Energie von 0,5 Kilowattstunden – also vergleichsweise wenig.

Das Ziel: nur 190 Kilo Gewicht und in 15 Minuten aufgeladen

Besser sind da aktuelle Lithium-Ionen-Batterien. Sie speichern mehr als die dreifache Menge an Energie pro Kilogramm. Die Batterie eines aktuellen Elektroautos liefert im besten Fall bei 230 Kilogramm Gewicht etwa bis zu 30 Kilowattstunden. Um mit dieser Energiedichte auf die gewünschten 50 Kilowattstunden zu kommen, wäre mindestens eine 380 Kilogramm-Batterie nötig. Ochs und seine internationalen Bosch-Kollegen arbeiten deshalb an noch leistungsfähigeren Energiespeichern. Das Ziel: 50 Kilowattstunden in 190 Kilo unterbringen. Zudem wollen die Forscher die Zeit, die ein Fahrzeug zum Aufladen benötigt, deutlich verkürzen. "Unsere neuen Batterien sollen in weniger als 15 Minuten auf 75% geladen werden können", sagt Ochs. Ochs und seine Kollegen sind davon überzeugt, dass die Ziele sich mit verbesserter Lithium-Technologie erfüllen lassen. "Rund um das Lithium gibt es noch viel zu tun und zu verbessern", sagt Ochs. Daran arbeitet sein Team in Renningen eng mit Bosch-Experten aus Shanghai und Palo Alto im Silicon Valley. Zusätzlich hat Bosch ein Joint Venture mit GS Yuasa und der Mitsubishi Corporation gegründet, um die Lithium-Ionen-Batterieforschung voran zu treiben.

Mehr Platz für elektrische Energie – dank Start-up Technologie

In der Theorie klingt die Lösung einfach: "Je mehr Lithium-Ionen in einen Akku hineinpassen, umso mehr Elektronen und damit Energie können auf gleichem Raum gespeichert werden", sagt Ochs. Doch die praktische Umsetzung ist herausfordernd, da die Forscher Zellen im Bereich von Atomen und Molekülen verbessern müssen. Ein wesentlicher Schlüssel dazu ist, den Graphit-Anteil zu reduzieren beziehungsweise auf das Graphit in der Anode zu verzichten. Würde man anstelle des Graphits metallisches Lithium verwenden, könnte man auf demselben Raum deutlich mehr Energie speichern. Zusammen mit seinen Kollegen hat Ochs bereits mehrere Ansätze dafür entwickelt, wie sich das Graphit entfernen ließe und welche Materialien dafür nötig sind. Mit dem Kauf des US-amerikanischen Start-Ups Seeo Inc. verfügt Bosch nun über entscheidendes Know-how bei der Umsetzung neuartiger Festkörperbatterien. Diese haben noch einen weiteren entscheidenden Vorteil: Sie kommen ohne flüssigen Elektrolyten aus, der in herkömmlichen Lithium-Ionen-Akkus enthalten ist und dort unter ungünstigen Bedingungen zu Sicherheitsproblemen führen kann.

Vorteile in vielen Bereichen

Von verbesserten Lithium-Batterien würden nicht nur Autofahrer profitieren, sondern auch alle anderen Anwendungsgebiete von Lithium-Ionen-Akkus: Smart-phones, Laptops, Tablets, akkubetriebene Hausgeräte und Werkzeuge und viele weitere Produkte.