Dichter, größer, leistungsstärker

Wohin wird sich die Batterietechnologie Ihrer Meinung nach in Zukunft entwickeln?
Die Entwicklung der Batterietechnik wird in den kommenden Jahren stark von den Anforderungen des Elektromobilitätsmarktes abhängen. Schon heute kommen in stationären Speichern überwiegend Batteriezellen zum Einsatz, die für die Elektromobilität entwickelt wurden. Das wird auch in Zukunft so bleiben. Daher werden wir auch eine Entwicklung hin zu einer größeren Energiedichte sehen, weil das für die Autobauer besonders interessant ist. Das heißt, die Batterien werden bei gleichem Gewicht eine höhere Kapazität haben, und auch die Haltbarkeit wird sich dadurch noch mal verbessern.
Gehen damit auch die Kosten runter?
Die Kosten einer Batterie bestehen zu 60 bis 70 Prozent aus Zellkosten. Die Zellkosten sind eine Funktion aus Investitionsumlagen der jeweiligen Zellproduzenten und der Stückzahl. Bisher gehen die Stückzahlen nicht deutlich hoch, auch nicht durch Elektroautos und Stromspeicher. In den nächsten Jahren erwarte ich einen Skaleneffekt. Aber erst einmal werden die Batteriehersteller versuchen, die Zellpreise hoch zu halten. Trotzdem werden die Einkaufspreise von 380 bis 360 Euro pro Kilowattstunde dann unter 300 Euro fallen.
Wenn Batterien länger halten, ist das indirekt ja auch eine Kostensenkung.
Ganz klar. Die Frage ist, wie viele Kilowattstunden Strom man über die Gesamtlebensdauer einer Batterie pro Kilowattstunde Speicherkapazität speichern kann. Das ist der sogenannte Total Throughput, den Hersteller heute leider nur selten angeben. Wenn der Total Throughput steigt, sinkt damit auch der Preis pro gespeicherter Kilowattstunde. Momentan liegt der Wert bei ungefähr 3.000 bis 4.000 Kilowattstunden Speicherstrom pro Kilowattstunde Kapazität. In den nächsten Jahren wird sich dieser Wert aus meiner Sicht auf 5.000 bis 6.000 steigern lassen. Eine Verbesserung um rund 30 Prozent also. Dafür wird dann aber auch ein gutes Batteriemanagement nötig sein, das verhindert, dass Batterien über längere Zeit vollgeladen bleiben, weil sich das negativ auf die Lebensdauer auswirkt.
Hat das auch Einfluss auf die kalendarische Lebensdauer? Die ist ja auch noch eine wesentliche Beschränkung.
Die kalendarische Lebensdauer hängt von der Temperatur und vom Ladezustand ab. Wenn die Kapazität der Batterien steigt, heißt das auch, dass sie im Normallastprofil nicht mehr ganz voll geladen werden müssen und sich dadurch auch weniger erhitzen. Das bedeutet also, dass man mit größeren Batterien auch wesentlich längere Lebensdauern erzielen kann. Das ist auch der Grund, warum wir bei E3/DC in Zukunft extrem hohe Ladezustände über lange Zeit, zum Beispiel während des Urlaubs, vermeiden werden.
Werden Batterien dann in Zukunft einfach größer ausgelegt als heute?
Heute wird die Batteriegröße in der Regel so ausgelegt, dass der Speicherstrom im Frühjahr bis zum nächsten Morgen reicht. So gesehen wird es in Zukunft eher zu einer Überauslegung kommen. Die verkaufte Speicherkapazität wird also leicht ansteigen. Wer heute vier Kilowattstunden im Keller hat, wird dort zukünftig eher 5,5 oder 6,5 Kilowattstunden haben. Das liegt daran, dass die Kilowattstunde Speicherkapazität tendenziell billiger wird und die Lebensdauer durch die größere Auslegung steigt. Zudem werden zukünftig größere Batteriemodule mit dieser Kapazität angeboten.
Wie werden die Hersteller diese Steigerung der Performance hinbekommen?
Dazu kann ich Ihnen zwei Beispiele nennen. LG setzt auf die JH3-Pouch-Technik. Dabei erhöht LG die Materialmenge in der Pouch-Folie und packt das Ganze dichter, sodass sie auf mehr als 200 Wattstunden pro Liter kommen. Das ist schon sehr, sehr viel. Panasonic geht von einer 18650-Zelle auf eine 21700-Zelle. Das heißt, der Durchmesser wird 15 Prozent größer und die Höhe der Zelle steigt nur leicht. Bei einer zylindrischen Zelle erreicht man dadurch eine höhere Packungsdichte bei mehr Material. Das funktioniert, weil sich dadurch die Oberfläche der Zelle vergrößert, was die Zelle wiederum belastbarer macht.
Wie kam es zu dieser Entwicklung?
Bis vor nicht allzu langer Zeit war es so, dass die Zellhersteller an Volumen interessiert waren und für Elektroautos immer nur Zellen entwickelt haben, die über Kleinserienproduktionen nicht hinausgekommen sind. Im Grunde genommen waren das alles nur 48-Volt-Batterien aus dem Telekommunikationsbereich, die weltweit eingesetzt wurden. Erst jetzt, übrigens maßgeblich durch Elon Musk und durch Samsung-Fahrzeugbatterien getrieben, gibt es die ersten Großserienproduktionen mit hoher Energiedichte, die ihren Absatzmarkt speziell in Elektroautos und Stromspeichern finden.
Trotzdem hört sich das eher nach einer kontinuierlichen Weiterentwicklung der Lithium-Ionen-Technologie an. Sehen Sie in Zukunft vielleicht auch irgendwelche Quantensprünge?
Nein, das sehe ich nicht. Es gibt zwar diese Megatrends, aber die werden noch lange auf sich warten lassen. Ein Trend ist zum Beispiel, dass Forscher versuchen, vom Flüssig-Elektrolyt zum Festkörper-Elektrolyt zu kommen. Sie hoffen, damit die Energiedichte und Lebensdauer der Batterien zu erhöhen. Ähnliches gilt für Zink-Luft- oder Lithium-Luft-Batterien. Das wäre natürlich eine tolle Geschichte, und vielleicht werden wir so etwas in 10 bis 15 Jahren haben. Ich glaube aber, dass wir zumindest in den kommenden zehn Jahren mit der Technologie zurechtkommen müssen, die wir jetzt angeschoben haben. Die Pouch-Technologie, ob zylindrisch oder prismatisch, ist eine sehr gute Technologie, die jetzt industrialisiert wird. Alles, was darüber hinausgeht, ist meiner Meinung nach Rocket Science.
Neue Batterietechnologien, die Lithium im Heimspeicherbereich Konkurrenz machen wollen, haben zum Teil Probleme, mit den hohen Lade- und Entladegeschwindigkeiten (C-Raten) von Lithium-Ionen-Batterien mithalten zu können (siehe Artikel auf Seite 24). Welche C-Raten halten Sie im Heimspeichersystem für notwendig?
Die C-Rate ist einfach ausgedrückt: Eins durch Entladezeit. Das heißt, wenn ein Stromspeicher in drei Stunden entladen wird, dann ist die C-Rate 0,3. Aus meiner Sicht ist das für 99 Prozent aller Anwendungen im Heimbereich ausreichend. Da sehe ich keinen Grund, einen Stromspeicher im Mittel in unter drei Stunden zu entladen.
Wenn hohe Lade- und Entladeraten von 1 C oder mehr im Heimbereich gar nicht nötig sind, dann wären dort doch auch Redox-Flow-Batterien interessant (siehe Artikel auf Seite 17). Ist das eine Variante, die Sie irgendwann auch Kunden von E3/DC anbieten werden?
Redox-Flow ist grundsätzlich eine interessante Technologie, die auch funktioniert. Die entscheidende Frage ist aber: Ist das auch ein wirklich zuverlässiges Produkt, mit dem der Kunde gut beraten ist? Das müssen die Hersteller erst mal beweisen. Davon wird es abhängen, ob Redox-Flow im Heimspeichermarkt Erfolg hat oder nicht. Wer gerne mal was Neues ausprobieren möchte, für den ist eine Redox-Flow-Batterie bestimmt ein gutes Produkt. Aber eine sichere Investition ist das derzeit nicht. Ein Negativbeispiel für eine solche Entwicklung ist die Brennstoffzelle. Im Jahr 2002 hat Daimler die Brennstoffzelle als serienreif bezeichnet. Und was ist jetzt, im Jahr 2016? Haben Sie noch mal was von Brennstoffzellenautos gehört? Die Lithium-Ionen-Batterie hat dieser Technik einfach den Markt weggenommen.
Sie denken darüber nach, mit E3/DC eigene Lithium-Ionen-Batterien in Deutschland herzustellen. Macht das bei der starken internationalen Konkurrenz wirklich Sinn?
Es macht zum Beispiel deshalb Sinn, weil man als Hersteller von Batteriemodulen flexibler bei der Auswahl der Zelllieferanten wäre. Das erleichtert es, die eigenen Produkte genau an die vorgesehenen Anwendungen anzupassen. Aus Sicht von E3/DC kann man auch die Konstruktion heutiger Batteriemodule noch für den stationären Bereich optimieren. Das betrifft zum Beispiel das Kühlkonzept und das Batteriemanagementsystem. In den kommenden Jahren wollen wir zudem verstärkt Speichersysteme für Offgrid-Anwendungen unter anderem in Afrika anbieten. Auch dafür wäre es von Vorteil, eigene Batteriemodule herzustellen, weil wir dafür im Grunde Batterien brauchen, die es so heute am Markt noch gar nicht gibt.
Das Gespräch führten Michael Fuhs und Mirco Sieg.