Neue Batterie soll Elektroautos billiger machen

Ein neues US-Start-up versucht, das aktuell größte Problem vor der lange erhofften Durchsetzung der Elektromobilität zu lösen: die hohen Preise für leistungsstarke Batterien.

Ein neues US-Start-up versucht, das aktuell größte Problem der lange erhofften Durchsetzung der Elektromobilität zu lösen: die hohen Preise für leistungsstarke Batterien. Das Unternehmen namens 24M ist ein Spin-off des bekannten Akkuspezialisten A123 Systems. Dieses Unternehmen war vor einigen Jahren gegründet worden um Lithiumionen-Akkus mit Eisenphosphat-Elektroden zu vermarkten, die eine bis dahin unerreichte Leistungsdichte aufwiesen. Diese Akkus sollten vor allem in Elektro-Autos verbaut werden, die schnell große Ströme benötigen; der kommerzielle Durchbruch auf diesem Gebiet blieb A124Systems aber bislang versagt.

Das Tochterunternehmen soll nun eine neuartige Batterie entwickeln, die auf Forschungsarbeiten des bekannten Firmengründers Yet-Ming Chiang aufbauen, der gleichzeitig Professor für Materialwissenschaften am MIT ist. Chiang hofft, dass sich mit seiner Erfindung bis zu 85 Prozent der heutigen Kosten für einen Akkusatz einsparen lassen. Aktuell werden für den Batteriepack eines Elektroautos über 10.000 Dollar fällig. Sinkt dieser Preis, wären die Stromer gegenüber herkömmlichen Benzinern deutlich konkurrenzfähiger.

24M hat dazu insgesamt 10 Millionen Dollar an Risikokapital eingesammelt. Weitere 6 Millionen stammen aus dem Topf der ARPA-E, der Forschungsbehörde des US-Energieministeriums. Dieser Betrag soll in eine Zusammenarbeit des Start-ups mit den Hochschulen MIT und Rutgers University fließen. A123 Systems wird zudem eng mit dem Konsortium zusammenarbeiten und hält Aktienanteile. Der Name 24M steht für "24 Molar", eine Konzentrationsangabe, die für das Start-up technisch große Bedeutung habe, wie Chiang leidlich kryptisch sagt.

Der Batterieguru verrät jedoch nicht, wie die neue Batterie im Detail aussehen soll. Klar ist bislang nur, dass sie ein halbfestes Material zur Energiespeicherung enthalten wird. (In den meisten heutigen Batterien steckt eine feste Elektrodenchemie.) Endergebnis soll eine Kombination der besten Eigenschaften konventioneller Batterien, Brennstoffzellen und neuartigen Flussbatterien sein, bei gleichzeitiger Vermeidung der Nachteile.

Ein Vorteil der Lithium-Ionen-Batterien – also jener Akkus, die beispielsweise in Laptops stecken, aber mittlerweile auch in Elektroautos verbaut werden – ist die Tatsache, dass das Elektrodenmaterial große Energiemengen speichern kann. Die notwendige "Verpackung" nimmt allerdings viel Platz weg, ist teuer und kostet Gewicht. "Bei einer typischen wiederaufladbaren Batterie besteht nur die Hälfte aus Materialien, die auch Energie speichert. Der Rest ist Unterstützungstechnik", sagt Chiang, der nach eigenen Angaben über dieses Problem seit Jahren nachdenkt. "Wie können wir die Effizienz dieses Designs also verbessern?"

Die Reduzierung der Verpackung ist nicht einfach. Um nutzbare Strommengen aus dem Elektrodenmaterial einer Lithium-Ionen-Zelle zu ziehen, muss diese in sehr dünnen Schichten über eine Folie verteilt werden, die viel Volumen einnimmt. Brennstoffzellen und die sogenannten Flussbatterien kennen dieses Problem nicht: Ihr Energiespeicher – ein Brennstoff wie Wasserstoff oder flüssige Elektrolyte – fließen durch eine Membran, was die Energieextraktion vereinfacht.

Das Problem von Brennstoffzellen bleibt allerdings, dass sie sich nicht einfach elektrisch wieder aufladen lassen – stattdessen muss nach dem Verbrauch des Brennstoffes eine neue Tankfüllung her. Solange dieser überall verfügbar ist, funktioniert das – doch der für die meisten Zellen notwendige Wasserstoff steht längst nicht an jeder Tankstelle zur Verfügung. Flussbatterien benötigen wiederum große Elektrolytmengen, weil ihre Energiedichte so niedrig ist. "Es ist so, als würde man ein großes Schwimmbecken voller Korrosionsmittel zu hüten versuchen", sagt Chiang. Für Autos eignet sich diese Technik bislang also nicht.

Wie Brennstoffzellen soll die 24M-Batterie große Energiemengen speichern können, ohne ein großes Volumen an Unterstützungsmaterial zu benötigen. Gleichzeitig soll sie aber auch die Aufladbarkeit und Energiedichte von Elektroden aus Lithium-Ionen-Batterien besitzen. Das Ergebnis sei eine Zelle, die relativ große Energiemengen zu geringen Kosten speichern könne, sagt Chiang. Wie die dafür notwendige Mechanik genau aussehen soll, will er allerdings nicht verraten: "Die Endversion wird sich jedenfalls sehr stark von konventionellen Akkus und auch von Flussbatterien unterscheiden."

Intern seien jedenfalls eine Reihe unterschiedlicher Batteriechemien denkbar. Frühe Proof-of-Concept-Prototypen hat Chiang bereits fertig – ohne die hätte es von der ARPA-E auch kein Geld gegeben. Bis zum fertigen Produkt ist jedoch noch viel zu tun. Chiang rechnet mit bis zu fünf Jahren, bevor Feldtests starten können. (bsc)