Batterie in der Karosserie

Ingenieure arbeiten an neuen, beliebig formbaren Batterien, die verschiedene Autoteile ersetzen sollen und so die Energiespeicherung über das gesamte Fahrzeug verteilen.

Ein Renner sind Elektroautos bislang nicht, ihre Reichweite ist arg kurz, und teuer sind sie erst recht. Das liegt vor allem an den Batterien, der kostspieligsten Komponente der neuen Autogeneration. Die Stromspeicher haben in anderer Hinsicht aber einen Vorteil: Sie lassen sich in viel mehr Formen konstruieren als ein Benzintank, bei dem ein Designer wenig Gestaltungsfreiheit hat. Tesla Motors und Volvo experimentieren deshalb damit, den Akku in Karosserieteilen unterzubringen. "Damit können Sie zwei Aufgaben in einem erledigen", sagt Leif Asp von der Technischen Universität Lulea in Schweden, der mit Volvo zusammenarbeitet. Auch andere Forschungsgruppen verfolgen zurzeit diesen Ansatz.

In der Praxis ist der jedoch nicht ganz leicht umzusetzen. Entflammbare Elektrolyte, wie sie heute in Akkus verwendet werden, setzen dem Design noch Grenzen. Doch selbst mit neuen Chemikalien stellt sich eine wichtige Konstruktionsfrage: Funktionieren flächige „Karosserie-Batterien“ auch noch, wenn sie durch einen Aufprall verbogen werden?

Andererseits könnten neue Akku-Strukturen dazu beitragen, das Auto wieder leichter zu machen. Im Model S von Tesla Motors trägt das Batteriegehäuse dazu bei, das Fahrgestell auszusteifen, und reduziert so die Menge an verbautem Metall.

Volvo hat kürzlich einen Lithium-Ionen-Akku vorgestellt, in dem die Elektroden aus dünnen flächigen Schichten bestehen, die sich biegen oder falten lassen. Dadurch kann der Akku zum Beispiel zwischen Carbonfaserplatten untergebracht werden. Gemeinsam mit Ingenieuren der Technischen Universität Lulea hat der Autobauer aus dem Carbon-Akku-Sandwich verschiedene Autoteile gefertigt, darunter einen Kofferraumdeckel (siehe Bild). Die Teile lieferten zusammengenommen in einem Volvo S80 genug Strom, um die kleine Extrabatterie für die Start-Stopp-Automatik zu ersetzen.

Das US-Forschungsprogramm ARPA-E (Advanced Research Projects Agency for Energy) fördert die Entwicklung solcher neuen Batterie-Autoteile mit 37 Millionen Dollar. Zwei Projekte untersuchen auch, ob Akku-Packs sich so konstruieren lassen, dass sie bei einem Unfall einen Teil der Aufprallenergie absorbieren können, etwa indem man die einzelnen Akkus gegeneinander verschiebbar anordnet. Ein solches Batterie-Pack könnte Materialien ersetzen, die üblicherweise als Aufprallschutz verbaut werden.

Bislang wird dabei mit konventionellen Akkus experimentiert. Weil die ein Schutzgehäuse brauchen, das eine Überhitzung verhindert, ist der Designraum noch begrenzt. Mit anderen Akkumaterialien könnte sich das ändern. „Man kann viel kreativer in der Formgestaltung sein, wenn nicht der Schutz der Batterie an oberster Stelle steht“, sagt Ping Liu, der das RANGE-Projekt im ARPA-E-Programm managet (RANGE steht für „ Robust, Affordable, Next-Generation Energy Storage Systems“).

Einige Wissenschaftler experimentieren bereits mit nicht-entflammbaren Elektroden aus keramischen Verbindungen oder Polymeren. Aus sicheren Chemikalien gefertigte Batterien könnten dann in den Autotüren eingebaut werden.

Am Imperial College in London wird an einem Carbonfasermaterial gearbeitet, das gegenüber dem von Volvo noch leistungsfähiger ist. Das Epoxidharz, das die Kohlefasern verbindet, wird dabei durch eine Mischung aus festen und flüssigen, elektrisch leitfähigen Materialien ersetzt. Ergebnis ist eine Art Superkondensator, der genug Energie speichern könnte, um die Start-Stopp-Automatik zu versorgen.

Für Elektro- und Hybridautos genügen solche „Kondensator-Bleche“ indes nicht. Leistungsfähige und beliebig formbare Batterien mit neuen Elektrolyten sind in der Autoproduktion frühestens in zehn Jahren zu erwarten, schätzen die Experten.

(nbo)