TREND Akkuzellen: „Entwicklungsland“ Deutschland

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Der Widerstand gegen eine deutsche Zellproduktion für Lithium-Ionen-Akkus wird geringer. Fallen könnte er aber möglicherweise erst mit einer neuen Batterietechnologie.

Das Thema Akkuzellen für Elektroautos kommt jüngst wieder in Schwung. Zwar wollen deutsche Autobauer und Zulieferer immer noch keine eigenen Batteriezellen produzieren. Das „Nein“ ist aber nicht mehr so kategorisch wie noch vor Jahren. Kein Wunder, schließlich machen die Batterien bei Elektroautos aktuell etwa ein Viertel der Kosten aus. Und die Zellenzukäufe für die avisierten Elektromobile bewegen sich in den nächsten Jahren im Multimilliardenbereich. Der Batterie-Markt soll im Jahr 2025 weltweit etwa 250 Milliarden Euro schwer sein. Alleine Volkswagen rechnet mit einem Einkaufsvolumen von 50 Milliarden Euro. Eine Investition in eine Zellfabrik könnte sich also langsam lohnen und sei es nur, um den eigenen Bedarf sicher zu stellen. Schließlich begibt man sich bei solchen Größenordnungen ungern in „asiatische“ Abhängigkeiten.

Ob des großen Überangebotes an Batteriezellen war das bislang kein Problem. Die Elektrooffensive der Autobauer wird nun aber die Überkapazitäten schmelzen lassen. So kommt es, dass zumindest VW über eine Zellenproduktion nachdenkt, wenn auch erst mit der nächsten Batteriegeneration – den Festkörperzellen. Bosch entschied sich im Frühjahr dieses Jahres zum Bedauern der Politik dagegen. Einer hauseigenen Studie zufolge hätten bis 2030 mindestens zwanzig Milliarden Euro investiert werden müssen, um ein Fünftel des europäischen Marktes zu erobern. Das klang den Stuttgartern nicht verführerisch genug. Der Konkurrent Continental zögert dagegen noch. Erst 2020 soll über den Einstieg in eine Zellfertigung entschieden werden.

Asiatische Zellproduktion vor der Haustür

Und Daimler baut zwar mittlerweile die fünfte Batteriefabrik in Deutschland, aber die Zellen liefern weiterhin Produzenten aus Asien. Auch BMW setzt für seine zwölf vollelektrischen Autos, die bis 2025 abgasfrei auf den Strassen rollen sollen, auf „fremde“ Zellen. So haben die Münchner für ihren ab 2021 geplanten „iNext“ erst kürzlich vier Milliarden Euro bei Chinas größtem Batteriezellenhersteller CATL ausgegeben. Der sucht jetzt die Nähe zu den heimischen Autoherstellern und baut ein Werk für Akkuzellen in Thüringen. Noch dieses Jahr könnte CATL dann Teslas Gigafactory-Partner Panasonic als größten Akkuhersteller entthronen.

Und da war noch Terra E? Das Konsortium von Maschinen- und Anlagenbauern sowie Zellverarbeitern, zu dem auch Thyssen-Krupp, Manz und Streetscooter gehören, wollte eigentlich Zellen in Sachsen fertigen. Anfang des Jahres sollte „in Kürze“ der Standort bekannt gegeben und Ende 2019 mit der Produktion begonnen werden. Allerdings mit Fokus auf stationäre Energiespeicher, Scooter, E-Bikes und Transporter.

Akkuzellen machen abhängig

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Der „Index Elektromobilität“ von Roland Berger zeigt, wie die Länder im Gesamtranking sowie nach den drei Indikatoren Markt, Technologie und Industrie aufgestellt sind. (Grafik: Roland Berger).

In der Zwischenzeit erhöht sich einer Studie von Roland Berger zufolge die Abhängigkeit auch durch geplante asiatische Produktionsstätten in Europa weiter. Waren nämlich 2017 weltweit gerade einmal eine Million reine E-Fahrzeuge und Plug-in-Hybride auf der Straße, werde die Zahl der jährlich neu zugelassenen E-Autos bis 2030 weltweit auf über 20 Millionen steigen. Das entspricht einem Kapazitätszuwachs von 70 Gigawattstunden im Jahr 2017 auf bis zu 1600 Gigawattstunden im Jahr 2030. Für 2021 geht die Studie von einem globalen Batteriezellenmarkt von rund 19 Milliarden Dollar aus. Davon entfällt auf China ein Anteil von 29 Prozent, gefolgt von Korea (21 Prozent) und Japan (17 Prozent).

Das Wachstum bei elektromobilen Energiespeichern lässt sich auch gut am durchschnittlichen Reichweitenzuwachs über die Jahre ablesen. Eine aktuelle Kalkulation der Managementberatung Horváth & Partners ergab bei der Reichweiten für das Jahr 2011 einen Durchschnittswert von 150 Kilometer. 2014 waren es schon 200 und im vergangenen Jahr 298 Kilometer. Im Jahr 2020 sollen den Analysten zufolge Elektrofahrzeuge durchschnittlich bereits 400 Kilometer weit kommen. Die Zuwächse resultieren dabei nur in geringem Umfang auf höheren Energiedichten bei den Akkuzellen, vielmehr werden die Batteriepakete größer. Deswegen ist es auch so schwierig, eine schnittige, flache E-Limousine zu bauen.

Super Akkus mit solidem Körper

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Schon nächstes Jahr soll eine Lithium-basierte Festkörperbatterie auf Sol-Gel-Basis zur Verfügung stehen. (Bild: Fraunhofer ISC).

Einfacher wird das wohl erst mit der nächsten Batteriegeneration. Sogenannte Feststoffbatterien (Solid-State-Batterien) sorgen dann für mehr Reichweite bei kleinerem Volumen und Gewicht. Dabei sind sie – weil nicht entflammbar – wesentlich sicherer als „flüssige“ Lithium-Ionen-Akkus. Außerdem lässt sich teures Lithium durch andere Materialien ersetzen.

In Feststoffzellen bewegen sich die Ladungen zwischen Anode und Kathode nicht durch eine Flüssigkeit, sondern durch Glas, Keramik oder ein Polymer. Dabei „hüpfen“ sie grob gesagt von einer Leerstelle in der atomaren Kristallgitterstruktur zur nächsten. Der Vorgang ist allerdings um einiges komplexer, was viel Raum für Optimierungen lässt.

Die Automobilbranche holt sich seit einiger Zeit das Know-How für die neuen Super-Akkus unter anderem über Zukäufe ins Haus. So schnappte sich Bosch 2015 mit Seeo ein kalifornisches Start-up. Volkswagen investierte erst vor kurzem 100 Millionen US-Dollar in das US-Unternehmen QuantumScape und will in den nächsten Jahren eine Pilotfertigung für die neue Technologie bauen. BMW entwickelt gemeinsam mit der US-Firma Solid Power. Alliance Ventures, ein Ableger der Renault-Nissan-Allianz stieg genauso wie der südkoreanische Autohersteller Hyundai bei Ionic Materials ein, einem US-Start-up für Solid-State-Batterien.

Und bei Toyota arbeiten zweihundert Ingenieure an dem Thema. Der japanische Autoriesen soll auch weltweit die meisten Patente dafür besitzen. Neben den etablierten Herstellern senden auch die Exoten deutliche Signale. So will etwa der dänische Elektroauto-Hersteller Fisker schon 2023 Solid-State-Akkus massentauglich machen und bis 2020 die Preise um bis zu zwei Drittel unter denen von Lithium-Ionen-Batterien drücken.

Fazit

Viele Batterie-Experten sind eher skeptisch, ob solcher Ankündigungen und rechnen nicht vor 2025 mit einer Großserienproduktion von Festkörperakkus. Für Deutschland wäre die neue Batterietechnologie dann allerdings eine Möglichkeit halbwegs auf Augenhöhe mit den Asiaten in die Produktion von Akkuzellen einzusteigen.

 


Erfahren sie mehr über Elektromobilität am 12. November 2018 auf der electronica Automotive Conference (eAC).

 

 

 

 

 

Batteriezellen für den Porsche 919 Hybrid (Bild: Porsche).

Die Batteriezellen für den Porsche 919 Hybrid kommen von A123 Systems aus China. (Bild: Porsche).