LITHIUMIONENAKKU-PRODUKTION Präsentation der Technischen
Universität München auf der Messe electrical energy
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Anmoderation
Gemeinsam mit der Electronica belegte Mitte November eine
zweite Ausstellung die Hallen der Münchner Messe. Eine enge
Abhängigkeit besteht zwischen den Produkten, um die es in beiden
Ausstellungen ging: Ohne Strom ist jedes elektronische Gerät
nutzlos. So braucht jedes, das nicht am Netz betrieben wird, eine
Batterie oder einen Akku. Weil diese so allgegenwärtig sind - im
Mobiltelefon oder dem Notebook - meint man, die Weiterentwicklung
erfolge in der Industrie. Zumal die Ziele so klingen ...
Beitrag
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Heutzutage sind die Energiespeicher gerade in der
Produktion noch sehr teuer und wir als Institut forschen daran, wie
man die Zelle an sich, aber auch das ganze Batteriesystem
kostengünstiger produzieren kann.
Doch es ist ein Mitarbeiter der Technischen
Universität München, der hier spricht: Stefan Krug vom
Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften. Er
urteilt ...
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Derzeit sind die Produktionsverfahren noch nicht
ausgereift und für die Serie tauglich. Das heißt,
Batterien werden schon produziert, aber gerade in Deutschland ist
das noch ein sehr aufwendiger Prozess.
Etwas leichter fällt, dem Ingenieur zu
glauben, nachdem er ausführt, wo die Akkus, an welchen er und
seine Kollegen arbeiten, verwendet werden sollen:
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Im Wesentlichen geht es darum, für die
Endanwendung von Batteriespeichern, das heißt, einerseits im
Automobil, andererseits für Stationärspeicher,
beispielsweise im Haushalt, Batteriesystem bereitzustellen.
Die dafür gebrauchten Akkus stechen
zunächst durch ihre schiere Größe heraus. Sie sollen
nicht ein paar Elektronen durch miniaturisierte Schaltkreise locken,
sondern sie müssen Motoren antreiben oder beim Bremsen die
kinetische Energie eines Autos wieder schlucken. Weil mit dem
Speichervermögen Material und Größe einhergeht,
tischen diese Akkus für neue Einsatzgebiete die Forderung nach
kostengünstigen Einheiten auf. Denn letztlich bestehen auch sie
aus vielen kleinen, batterie-ähnlichen Zellen. Damit nicht genug,
referiert Stefan Krug weitere Erwartungen der Ingenieure.
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Die Anwendungen stellen ganz andere Anforderungen
wie im Handy oder im Laptop. Beim Automobil ist eine hohe
Zyklenfestigkeit und Langzeitstabilität extrem wichtig. Weil
beim Handy akzeptiert es jeder, dass nach zwei Jahren der Akku
schlechter wird. Wenn sie sich ein neues Auto kaufen, dann wollen
sie, dass der Akku über mehrere Jahre, eigentlich sogar
Jahrzehnte hält.
Daher packen Autohersteller zu den Hunderten von
Zellen ihrer Akkus Elektronik, die erfasst, wie weit jede einzelne
wirklich entladen ist. Die Steuerung schickt dann nur so lange Strom
durch die Zelle, bis sie wieder voll ist. So wenig wie
überschüssige Energie vertragen die Zellen hohe
Temperaturen. Dabei produziert Strom nebenher immer Wärme, die
umso schwerer abfließen kann, je kompakter der Akku ist. Zur
Planung gehören demnach Berechnungen, die ausschließen,
dass sich Hitze irgendwo staut. Unisono ist der Tenor der Experten am
Stand der Technischen Universität München: Abweichungen
zwischen Konstruktionsplan und dem Serienprodukt sind Gift.
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Sie müssen sich vorstellen, in so einem
batteriebetriebenen Auto sind mehrere hundert Quadratmeter an
Elektrodenmaterial, also das, was wirklich die Energie
speichert. Die müssen sehr sorgfältig verbaut
werden.
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In der Zelle sind verschiedene Folien: Kathode,
Anode, Separator verbaut. Die können gewickelt oder gestapelt
sein. Je besser ich den Prozess im Griff habe, desto
kostengünstiger wird die Zelle von der Produktion her. Und
desto leistungsfähiger. Wenn ich die nicht sauber montiere,
leidet eben die Qualität der Zelle darunter.
Das In-Griff-Haben heißt beispielsweise
für besagte Folien, dass diese nicht mechanisch geschnitten oder
gestanzt werden, denn eine scharfe und eine stumpfe Klinge produzieren
zweierlei. Stattdesssen zieht ein Laser über der Folienbahn seine
Spur. Stück um Stück trennt er präzise heraus, was
weiter verarbeitet werden soll. Wobei aus dem vom Laserstrahl
getroffenen Material nicht Nichts wird. Auch von daher prüft vor
der Weiterverarbeitung eine Infrarotkamera, ob sich auf dem Stück
womöglich ein mikrometerfeines Fitzel niedergelassen hat. Am
Messestand veranschaulichen auch Videos aus den Uni-Labors den
Aufwand, der betrieben wird. Gefördert wird all das mit der
Überlegung, dass Deutschlands Industrie diese Technologie
beherrschen müsse, um in zehn oder zwanzig Jahren noch gefragt zu
sein. Stefan Krug über den Begriff "Zukunftstechnologie" in
Zusammenhang mit Stromspeichern.
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Ich denke, dass es eine Zeitlang noch braucht. Man
war da am Anfang aus meiner Perspektive etwas euphorisch bei der
Sache, an der einen oder anderen Stelle merkt man, dass [sich] ein
kleiner Dämpfer breit macht. Das wird sich in den nächsten
Jahren wieder einregeln. Gerade über den Zwischenweg von
Hybridfahrzeugen wird die Lithiumionen-Zelle den Weg ins Auto
finden.
Dass die Universität ihre Schau zur
Energiespeicher-Fertigung abschließend ausgerechnet mit
schnellen Autos, also Energieschluckern garniert, will verdaut
sein. Zumal BMW für sein Auto wirbt, es produziere kein
Kohlendioxid. Warum bloß haben zu Zeiten Goethes die Erfinder
des Elektromotors diesen Befund nicht schon ausgeschlachtet? Der
Autokonzern schafft es zu übersehen, dass auch die Energie, die
diese Autos ziehen, noch mit Kohlendioxid-Emissionen in Verbindung
steht. Etwas gnädiger geht man mit derlei Randerscheinungen um,
wenn man wenige Meter entfernt von den Stromflitzern unter die
Zuhörer eines Referenten der Deutschen Gesellschaft für
Sonnenenergie gerät. Er sieht die Akkus im künftigen
Elektroauto-Fuhrpark der Nation als dezentralen Energiespeicher
für das Stromnetz an.
Zwischen Verheißung und wirtschaftlich
relevantem Produkt ist noch einiges zu klären. Etwa, wieviel der
notwendigen Stoffe für einen Akku-Massenmarkt beschaffbar
ist. Mag sein, dass Lithiumsalze heute noch üppig vorhanden
sind. Dennoch will die Frage, wie man dieses Metall aus verschlissenen
Akkus herausbekommt, um daraus neue zu bauen, lieber früher als
später beantwortet sein.
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Man macht sich natürlich Gedanken darum. Aber
der Hauptfocus vor allem bei unserem Institut liegt derzeit darauf,
die Zellen überhaupt produzieren zu können für einen
vertretbaren Preis.