Batterien in herkömmlichen Größen und Formen. Ulmer Forscher entwickeln umweltfreundliche Natrium-Ionen-Batterie. (Foto: SWR, Justus Madaus)

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So forschen Ulmer Wissenschaftler an umweltfreundlichen Batterien für E-Autos

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Während in China schon serienmäßig Elektroautos mit Natrium-Ionen-Batterien hergestellt und gefahren werden, betreiben Ulmer Forschende noch Grundlagenforschung. Und das hat Gründe.

Der Stand der Entwicklung bei nachhaltigen, klimafreundlichen Batterien für Elektroautos ist derzeit noch ganz unterschiedlich: Während etwa in Ulm noch Grundlagenforschung betrieben wird, sind in China Anfang des Jahres bereits die ersten Elektroautos mit umweltfreundlichen Natrium-Ionen-Akkus vom Band gerollt.

Die Zeit, diesen Vorsprung aufzuholen, drängt: Denn bisher speichern Elektroautos ihre Energie in Lithium-Ionen-Batterien. Lithium jedoch steht auf der Welt nicht unbegrenzt zur Verfügung und wird nicht überall, wo es vorkommt, abgebaut. Der Preis auf dem Weltmarkt steigt wegen der steigenden Nachfrage. Daher suchen Ulmer Forschende nach einer Alternative, wie der Natrium-Ionen-Batterie.

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Begrenzte und belastende Rohstoffe in herkömmlichen Batterien

Für die Herstellung herkömmlicher Batterien werden unter anderem die Rohstoffe Lithium, Kobalt, Nickel und Kupfer benötigt. Diese Rohstoffe stehen jedoch nicht unbegrenzt zur Verfügung. Auch ist der Abbau von chemischen Elementen wie Lithium und Kobalt belastend für die Umwelt und teilweise auch schädlich für Menschen.

Viele dünne Schichten übereinander - ein Prototyp einer Batterie. Der Prototyp einer Batterie. Man sieht die einzelnen Schichten von Elektroden. Rund 25.000 dünne Schichten werden für die Batterie eines Elektroautos benötigt. (Foto: SWR, Justus Madaus)
Der Prototyp einer Batterie. Man sieht die einzelnen Schichten von Elektroden. Rund 25.000 dünne Schichten werden für die Batterie eines Elektroautos benötigt.

Forschende am ZSW Ulm entwickeln umweltfreundliche Batterien

Am Zentrum für Sonnenenergie und Wasserstoffforschung (ZSW) in Ulm wird an klimafreundlichen Batterien geforscht. In der Batteriefertigung surrt ständig die Lüftungsanlage. Hier muss die Luft besonders trocken sein. Denn die Materialien für die Batterien sind anfällig für Feuchtigkeit. Die hier erforschten Natrium-Ionen-Batterien sind umweltschonender als die mit Lithium, sagt ZSW-Vorstand Markus Hölzle. "Eine Natrium-Ionen-Batterie vermeidet wirklich fast alle diese kritischen Metalle - also kein Kobalt mehr, kein Kupfer, kein Lithium, etwas Nickel, aber in der Tendenz auch gar kein Nickel mehr. Und dafür sind Metalle drin, die leicht verfügbar sind. Mangan zum Beispiel oder Natrium, also Kochsalz. Das heißt, es ist ein Schritt in die richtige Richtung. Und von daher macht es auch Sinn, Natrium-Ionen-Batterien jetzt intensiv anzuschauen und zu entwickeln".

Eine Natrium-Ionen-Batterie vermeidet wirklich fast alle diese kritischen Metalle.

Diese neuen Batterien können mit kleinen Veränderungen in denselben Anlagen hergestellt werden, wie die herkömmlichen mit Lithium-Ionen-Batterien.

Markus Hölzle und Stefan Guther (vorne) vom ZSW schauen zu, wie die Maschine dünne Elektroden übereinanderstapelt. Ulmer Forschende entwickeln umweltfreundliche Natrium-Ionen-Batterie. (Foto: SWR, Justus Madaus)
Markus Hölzle und Stefan Guther (vorne) vom ZSW in Ulm schauen zu, wie eine Maschine dünne Elektroden übereinanderstapelt.

Außer dem ZSW, forscht auch das Helmholtz-Institut in Ulm an der klimafreundlicheren Batterie, so Direktor Maximilian Fichtner: "Wir machen hier erstmal Grundlagenforschung. Das heißt, wir bereiten diese Entwicklungen vor, die dann die Industrie übernimmt. Das heißt, es hängt im Wesentlichen auch von der Industrie ab. Aber wir wissen, in China zum Beispiel gibt es schon die ersten Fahrzeuge mit Natrium-Ionen-Batterie auf der Straße. Und die kosten weniger als 10.000 Euro, die sind nämlich auch noch billiger".

In China zum Beispiel gibt es schon die ersten Fahrzeuge mit Natrium-Ionen-Batterie auf der Straße. Und die kosten weniger als 10.000 Euro, die sind nämlich auch noch billiger.

In China fahren Elektrofahrzeuge mit Natrium-Ionen-Batterien

Wie ist es möglich, dass in China schon Elektroautos mit diesen Batterien fahren, während wir in Ulm und in Deutschland im Allgemeinen noch am Anfang der Forschung stehen? Ein Grund, so Markus Hölzle vom ZSW, seien die hohen Investitionen Chinas in den Energiesektor.

Verschiedene Gläser stehen in einem Labor.  Verschiedenste Materialien werden für die Herstellung von Batterien benötigt, so auch Ruß und Binder. Mit diesen und weiteren Zutaten wie etwa Natrium versuchen Ulmer Forschende auch umweltfreundliche Batterien herzustellen.  (Foto: SWR, Justus Madaus)
Verschiedenste Materialien werden für die Herstellung von Batterien benötigt, so auch Ruß und Binder. Mit diesen und weiteren Zutaten wie etwa Natrium versuchen Ulmer Forschende auch umweltfreundliche Batterien herzustellen.

In China generell geschehe der Schritt vom Labor zu einen Prototyp viel schneller, so Hölzle. Sicherlich auch, weil die Ansprüche an ein deutsches Markenfahrzeug höher sind. "Und all das zusammen bewirkt eben, dass in China Dinge schneller von der Idee in ein Produkt umgesetzt werden können. Wir müssen in Deutschland unser Modell auch anpassen, dass wir schneller miteinander Dinge entwickeln als immer nur im Wettbewerb gegeneinander", fordert Hölzle.

Frühestens in fünf Jahren umweltfreundliche Batterien in deutschen E-Autos

Bis es so weit ist, schätzen die Ulmer Forschenden, wird es noch fünf bis zehn Jahre dauern. Erst dann könnten Autos deutscher Hersteller auch mit den umweltfreundlichen Natrium-Ionen-Batterien fahren. 

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