Interview mit Prof. Dr. Arno Kwade

Gründer der Battery Lab Factory Braunschweig

Batterien und Akkus sind aus unserem Leben nicht mehr wegzudenken. Vom Smartphone über Gartengeräte bis zu E-Autos funktioniert heute fast nichts mehr ohne Energiespeicher. Und der Bedarf für alle möglichen Anwendungen bis hin zur Stabilisierung des Stromnetzes wird noch deutlich zunehmen.

Über Aussichten in der Batterieforschung sprachen wir mit Prof. Dr. Arno Kwade. Der Vizepräsident der Technischen Universität Braunschweig und Träger des Wissenschaftspreises Niedersachsen ist Gründer und Vorstandssprecher der Battery Lab Factory Braunschweig (BLB), dem niedersächsischen Batterieforschungszentrum unter dem Dach der TU. Außerdem berät Kwade im Beirat Batterieforschung das Bundesministerium für Bildung und Forschung.

Herr Prof. Dr. Kwade, welche Themen sind aktuell in der Batteriezellenforschung am wichtigsten?

Künftige Batterien müssen komplett in eine Kreislaufwirtschaft eingebunden sein, so wie wir es schon von Glas oder Papier her kennen oder auch von Metallschrott. Nahezu alle Komponenten und Materialien eines Energiespeichers werden künftig wiederverwertbar sein. 

„Auch für Batterien wird es eine Kreislaufwirtschaft geben.“

Auch, um uns weniger abhängig zu machen von bislang notwendigen Importen von Rohstoffen wie Lithium, Nickel und Kobalt aus kritischen Herkunftsländern. Das ist momentan ein Riesenthema in Deutschland und Europa – sowohl aus ökologischer als auch aus geostrategischer Sicht. Ziel ist es, eine komplette Abdeckung der Wertschöpfungskette am Standort Deutschland zu erreichen.

Gibt es noch weitere Schwerpunkte?

Der Fokus liegt auch auf einer immer stärkeren Diversifizierung von Batterien für verschiedene Anforderungen, also maßgeschneiderte Energiespeicher. Ziel ist es für zahlreiche Anwendungen, Batteriezellen bei gleicher gespeicherter Energiemenge immer leichter zu machen und zu erreichen, dass sie im Idealfall für die spezifische Anwendung auch noch eine höhere Leistung abgeben können. Auf der anderen Seite werden Entwicklungen zu kostengünstigen, gleichzeitig sehr sicheren und teilweise zusätzlich sehr schnell aufzuladenden und zu entladenden Batteriezellen vorangetrieben. Die Leistungsfähigkeit von Lithium-Ionen-Akkus hat sich insgesamt stetig und enorm verbessert, aber das Optimierungspotenzial der heutigen Lithium-Ionen-Batterien scheint langsam ausgereizt. Bei in der Forschung befindlichen zukünftigen Batteriegenerationen sollen nicht die Eigenschaften weiter verbessert, sondern auch gut verfügbare Materialien eingesetzt werden. 

Apropos Potenzial: Der Fortschritt der E-Mobilität ist abhängig von leistungsfähigeren Batterien …

Neue, leistungsfähige Batterien für Ober- und Mittelklassefahrzeuge sind bislang das vorrangige Forschungsziel gewesen. Heute rücken aber verstärkt Batterien für Kleinfahrzeuge in den Fokus, die günstiger hergestellt und verkauft werden können. Sie müssen gleichzeitig umweltfreundlich sein und eine ausreichende Performance bezüglich Leistung und Reichweite bieten. Ein zentrales Thema ist auch die weitere Steigerung der Sicherheit von Traktions- wie auch stationären Batterien, was durch den Einsatz von Kathodenmaterialien wie Lithiumeisenphosphat und feste, schwer oder sogar nicht brennbare Elektrolyte erreicht werden kann. Solche Batteriezellen können zum Beispiel durchgeschnitten oder durchstoßen werden, ohne dass es zu einem Brand kommt.

Sie sagen, es wird also neue Technologien geben. In welche Richtung wird es gehen?

Für Hochleistungsbatterien wird derzeit insbesondere die Entwicklung von Lithium-Batterien mit Festkörperelektrolyten verfolgt, die durch dünnere Anoden höhere Energiedichten und eine sehr hohe Sicherheit gegen Entzündung versprechen. Bei preisgünstigen Batterien kommen als Alternative Natrium-Ionen-Batterien oder auch Metall-Schwefel-Batterien infrage, letztere insbesondere für Anwendungen im Flugzeug. Aber es wird auch Energiespeicher wie so genannte Redox-Flow-Batterien und Metall-Luft-Batterien mit ganz anderen Rohstoffen wie Zink geben oder mit Elektrolytlösungen, die auf Wasser basieren und weniger entflammbar sind. Ein weiterer Forschungsschwerpunkt sind stationäre Batterien für Einspeisungen von Energie etwa aus Windkraft oder Photovoltaik, um das Stromnetz zu stabilisieren, wenn wenig Wind weht und die Sonne nicht scheint.

Welche Rolle werden Feststoffbatterien mit Elektroden und Elektrolyt aus festem Material in der Zukunft spielen?

Es wird in Zukunft unterschiedliche Batterietypen mit festen Elektrolyten und damit ohne Flüssigkeit geben: Auf der einen Seite Lithium-Hochleistungsbatteriezellen mit zum Beispiel sulfidischen Elektrolyten für die Elektromobilität, insbesondere Fahrzeuge der Oberklasse und gehobenen Mittelklasse, und auf der anderen Seite zum Beispiel Natrium-Batterien mit keramischem Separator für die Anwendung als stationärer Speicher. Letztere können in großen Einheiten gebaut und für die kurz- bis mittelfristige Zwischenspeicherung von Wind- und Sonnenenergie eingesetzt werden.