Mit Lithium-Batterien in die Elektromobilität

Batterien als Energiespeicher sind der Schlüssel zum Elektroantrieb.

Von Klaus Bartels. Die Forschung zur Leistungsverbesserung der Akkus wird in Deutschland mit über 450 Millionen Euro gefördert. Das Thema elektrischer Antrieb für Boote erfährt eine steigende Bedeutung, wie auf der Interboot in Friedrichshafen zu beobachten war. Das wachsende Umweltbewusstsein, aber auch die Erkenntnis, dass die zur Zeit genutzten fossilen Energieträger knapper und teurer werden, lässt das Interesse an elektrische Antriebe steigen.

Wie in der Automobilbranche dreht sich bei diesem Thema auch bei Bootskonstrukteuren und in Werften fast alles um den Energiespeicher, die Batterien.

Gut für die Entwicklung des elektrischen Antriebs im Wassersport sind da die momentanen Anstrengungen im Automobilbereich, wie kürzlich auf der Internationalen Automobilausstellung in Frankfurt (IAA) deutlich wurde. Dort gab das Bundesforschungsministerium bekannt, die Entwicklung und den Bau heutiger wie künftiger Generationen von Lithium-Ionen-Batterien auf deutschem Boden mit rund 60 Millionen Euro zu fördern. Dabei arbeitet das Ministerium mit einem Industriekonsortium zusammen, dem unter anderem BASF, Bosch, Daimler, Evonik und Li-Tec angehören. Die Unternehmen stellen insgesamt noch einmal 360 Millionen Euro zur Verfügung. Im sächsischen Kamenz soll eine Forschungspilotanlage zum Bau von Batterien entstehen.

Auch das Bundesumweltministeriums fördert die effektive Batterietechnik. Die Suche nach neuen Wegen des Recyclings für Lithium-Batterien soll mit weiteren 60 Millionen Euro gefördert werden. Bisher kosten allein der Lithium-Ionen-Batteriesatz für einen Mittelklasse-Pkw oder für ein offenes Motorboot wie die Boesch 620 rund 20.000 Euro. Bis zum Jahr 2015 sollen leistungsstärkere und günstigere Batterien bereitstehen. Experten schätzen, dass der jetzige Preis für den Pkw-Akkusatz auf etwa ein Drittel sinken wird, wenn Lithium-Ionen-Batterien in Großserien produziert werden. Man weiß allerdings auch, dass die Batterien vom heutigen Stand ausgehend dreimal so viel Leistung bringen und dreimal so billig werden müssen, damit die Rechnung für das Elektroauto und somit für den elektrischen Antrieb von Booten aufgeht,
Lithiumakkus bieten in der Entwicklungsgeschichte der Akkutechnologie bereits jetzt die beste Leistung. Einzelne Hochleistungsexemplare kommen heute schon auf über 190 Wattstunden pro Kilogramm, zu allerdings hohen Preisen. Ein Bleiakku kann pro Kilogramm Masse gerade einmal eine Energiemenge von etwa 30 Wattstunden speichern. Das heißt: Um eine Kilowattstunde (1.000 Wattstunden) Energie zu speichern, muss ein Bleiakku über 30 Kilo wiegen. Die heute angebotenen Lithiumakku schaffen es mit weit weniger als 10 Kilogramm.

In vielen Bereichen haben Lithium-Ionen-Akkus andere, wiederaufladbare Batteriesysteme verdrängt. Handys und Laptops wären kaum vorstellbar, und zunehmend werden sogar auch Elektrowerkzeuge mit den im Vergleich zu den üblicherweise verwendeten NiCd-Akkus umweltfreundichen Lithium-Ionen-Akkus ausgestattet. In der Bootsbranche haben Werften wie beispielsweise Boesch und Frauscher oder der Elektroaußenbordmotorhersteller Torqeedo den hohen Wirkungsgrad dieser Akkus unter Beweis gestellt. Allerdings wird der Absatz der Elektroboote staatlich gesteuert, denn sie kommen überwiegend dort zum Einsatz, wo Umweltschutzgesetze Verbrennungsmotoren verbieten.
Mit über 13.000 Lithium-Batterien für Bootsantriebe ist die Torqeedo GmbH in Starnberg mit großem Abstand der führende Anbieter dieser modernen Batterien in der Marine-Industrie weltweit. Dr. Christoph Ballin, Geschäftsführender Gesellschafter von Torqeedo ist sicher, dass die Weiterentwicklungen der Lithium-Batterien den elektrische Antriebe gegenüber Verbrennungsmotoren wettbewerbsfähiger machen wird.

Bis zum Jahr 2050 soll etwa die Hälfte des gesamten Energiebedarfs in Deutschland aus erneuerbaren Energien gedeckt werden. So jedenfalls sieht es eine strategische Planung der Bundesregierung zur Erreichung der Klimaschutzziele vor.
Vor diesem Hintergrund haben sich unter der Leitung des Fraunhofer-Instituts für Silicatforschung ISC in Würzburg acht Forschungseinrichtungen zusammengeschlossen, um neue Wege für die Speicherung elektrischer Energie zu erforschen. Ihrer Ziele: Die Energiedichte der neuen Akkus muss für große Reichweiten weiter erhöht werden, die Ladezeiten sollten möglichst kurz sein, und nicht zuletzt spielen auch Sicherheit und Lebensdauer eine wichtige Rolle.

Zum Nachtanken: Redox-Flow-Batterien

Forscher am Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie ICT in Pfinztal bei Karlsruhe haben eine neue Redox-Flow-Batterie für Elektroautos entwickelt. Ist der Energiespeicher leer, kann die entladene Elektrolytflüssigkeit an einer Tankstelle gegen frisch geladene ausgetauscht werden. Das soll ein ähnlicher Vorgang wie beim Betanken eines Fahrzeuges mit Benzin sein, allerdings muss vorher die entladene Elektrolytflüssigkeit abgepumpt werden. Sie wird dann in der Tankstelle wieder aufgeladen.

Die Redox-Flow-Batterie wird als Alternative zu Lithium-Ionen-Akkus für Elektroautos verstanden. Das Prinzip ist nicht neu: Zwei flüssige Elektrolyte, die Metall-Ionen enthalten, strömen durch Elektroden aus porösem Graphitflies, getrennt von einer Membran, die Protonen durchlässt. Bei diesem Ladungsaustausch fließt Strom über die Elektroden, der sich nutzen lässt. Die Fraunhofer-Forscher konnten die Effektivität auf das Vier- bis Fünffache des bisher üblichen steigern und kommen damit in die Nähe der Leistung der Lithium-Ionen-Akkus.