Alles elektrisch
Wenn in den nächsten Jahren echte Elektroautos für den Massenmarkt gebaut werden, dürften Akkus von der MIT-Ausgründung A123Systems daran großen Anteil haben. Dabei hatten die Gründer anfangs ganz anderes im Sinn.
- Kevin Bullis
Das schwarze Rennmotorrad verschwindet fast in einer Rauchwolke: Sein Fahrer lässt den Hinterreifen im Stand kräftig durchdrehen, um ihn auf Temperatur zu bringen. Nach diesem Burnout legt er einen Schalter um, und die Maschine schießt nach vorn – von 0 auf 100 in unter einer Sekunde. Sieben Sekunden später hat sie mit einer Höchstgeschwindigkeit von 270 Kilometern pro Stunde die Renn-Viertelmeile hinter sich gebracht. Angetrieben wird das „KillaCycle“ genannte Gefährt nicht von einem hochgezüchteten Verbrennungsmotor, sondern elektrisch. Der dafür nötige Akku stammt vom Start-up A123Systems aus dem US-Bundesstaat Massachusetts – er fasst mehr als doppelt so viel Energie wie Nickel-Metallhydrid-Akkus, wie sie heute in Hybridautos zu finden sind, und gibt seine Ladung bei Bedarf in Rekordzeit ab. Als radikal modifizierte Variante der heute üblichen Lithium-Ionen-Batterien für Laptops oder Handys könnte er dem Markt für elektrische Fahrzeuge erheblich auf die Sprünge helfen.
Noch sind Elektroautos nicht allzu attraktiv – ihre Batterien sind zumeist so schwer, dass sie die Reichweite einschränken, und so groß, dass sie kaum Kofferraum übrig lassen. Lithium-Ionen-Batterien sind leichter und kompakter, aber heikel: Als Elektroden benutzen sie das relativ unstabile Lithiumkobaltoxid; Batterien auf dieser Basis verlieren nach einigen Jahren an Leistung und können in Flammen aufgehen, wenn sie ramponiert oder überladen werden (siehe TR 7/07). Einige Autohersteller haben diese Probleme in den Griff bekommen, aber das ist aufwendig und damit teuer.
Die Batterien von A123 sollen Besserung bringen. Statt Kobaltoxid benutzen sie ein Elektrodenmaterial aus Lithiumeisenphosphat-Nanopartikeln, die mit Spuren anderer Metalle dotiert sind. Dadurch sind sie weniger feuergefährlich, selbst wenn sie in einen Unfall geraten sollten. Sie sind außerdem wesentlich zäher als normale Lithium-Ionen-Akkus: Laut A123 halten sie länger als ein typisches Auto.
Solche Versprechen haben das Unternehmen mit bislang insgesamt 148 Millionen Dollar zu einem der bestfinanzierten Start-ups der USA gemacht. Mit dem vielen Geld verfolgt es ambitionierte Pläne. Die Batterien für das von General Motors angekündigte Elektroauto Volt könnten von A123 kommen und sollen darin für eine Reichweite von 65 Kilometern gut sein, was für das übliche Job-Pendeln meistens ausreicht; für längere Strecken wird ein kleiner Benzinmotor aktiviert, der die Batterien unterwegs nachlädt. Als Verkaufspreis peilt GM um die 30000 Dollar an und will so in den ersten Jahren mehrere Hunderttausend dieser Autos verkaufen.
Anfang 2001 kam ein 26 Jahre alter Unternehmer aus Venezuela in das Büro von Yet-Ming Chiang, einem Professor für Materialwissenschaft am MIT. „Er klopfte einfach an die Tür“, erinnert sich Chiang. Ric Fulop, so der Name des Besuchers, hatte schon drei Unternehmen gegründet, suchte Unterstützung für ein Batterie-Start-up und wusste, dass Chiang in dieser Richtung forschte.
Im Herbst gründeten Fulop und Chiang A123Systems – zusammen mit dem Ingenieur Bart Riley, einem Bekannten Chiangs von einem früheren Start-up. Der Plan war, eine von Chiangs radikaleren Ideen zu kommerzialisieren: Materialien, die sich durch bloßes Zusammenrühren zu einer funktionierenden Batterie anordnen. Das Verfahren versprach eine Vervielfachung der Speicherkapazität bei zugleich niedrigeren Produktionskosten. Doch dem Trio wurde schnell klar, dass es noch viele Jahre dauern würde, die Idee zu einem Produkt zu machen. Die Technologie „war noch ziemlich rudimentär“; sagt Chiang.
Anfang 2002 aber machte er eine überraschende Entdeckung, die das weitere Vorgehen entscheidend verändern sollte. Chiang hatte bereits seit einiger Zeit mit Lithiumeisenphosphat als Elektrodenmaterial gearbeitet, weil dieses Material im Unterschied zu dem üblicherweise verwendeten Lithiumkobaltoxid sicher, billig und ungiftig ist. Aber es hat einige schwerwiegende Nachteile: Es speichert weniger Energie als Lithiumkobaltoxid, außerdem dauert das Laden und Entladen länger. Also veränderte Chiang das Material, indem er Spuren von anderen Metallen wie Aluminium, Mangan, Titan oder Zirkonium hinzufügte. Schon bald ließ es sich dadurch zumindest recht schnell entladen. Mitte 2002 flog er zu einer Konferenz, um dort über seine Erkenntnisse zu berichten. Daheim in den Labors machte ein MIT-Absolvent unterdessen weitere Tests – bis es Zeit für die Rede war, zeigte das modifizierte Material viermal bessere Ergebnisse, als Chiang eigentlich vorstellen wollte. „Da wurde uns klar, dass wir auf etwas Besonderes gestoßen waren“, sagt er. Später stellte Chiang fest, dass sein Material zehnmal so hohe Leistungsspitzen liefert wie das in konventionellen Lithium-Ionen-Batterien. Nachdem er es genau untersucht hatte, stellte er fest, dass das sowohl auf die geringe Größe der verwendeten Partikel – weniger als 100 Nanometer – als auch auf die zusätzlichen Metalle zurückzuführen ist: Die Kombination dieser beiden Faktoren sorge dafür, dass sich die Atome des Materials auf völlig andere Weise umorganisieren, wenn die daraus gebaute Batterie ge- oder entladen wird.
