Deutsche Innovationen treiben Energiespeicher voran

Aktuelle Entwicklungen in der deutschen Energiespeicherung
 

Die deutsche Automobilindustrie entwickelt mit der Produktion von Elektroautos neue Ansätze in der Energietechnik und der effizienten Speicherung von Energie. So hat im Jahr 2019 der deutsche Autohersteller BMW im Münchner Stadtteil Lerchenau das Kompetenzzentrum Batteriezelle errichtet, in dem zahlreiche Wissenschaftler und Spezialisten an innovativen Lösungen für die nächste Generation von Hochleistungsbatterien arbeiten.  

Der Konzern plant derzeit Batteriezellenmuster für die kommenden Hochvoltbatterien zu entwickeln. Diese Zellen kommen ab 2025 in den Modellen der Neuen Klasse zum Einsatz. Das Kompetenzzentrum für Batteriezellfertigung in Parsdorf ergänzt hierbei das bereits bestehende Batteriezellkompetenzzentrum (BCCC) im Münchner Norden: während dort die Entwicklung stattfindet, wird in Parsdorf das beste Produkt in Richtung Serienprozess skaliert. Die künftigen Batterien sollen eine deutlich höhere Energiedichte aufweisen, was zu einer signifikanten Steigerung der Reichweite von Elektrofahrzeugen führt. Darüber hinaus stehen schnellere Ladezeiten und eine längere Lebensdauer im Fokus der Forschungsarbeiten. 

Während die ursprüngliche Fokussierung auf eine vollständige Wertschöpfungskette in Deutschland weiterhin wichtig ist, haben sich die globalen Wertschöpfungsketten für Energiespeicher komplexer gestaltet. Initiativen wie das TerraE-Konsortium, das die Produktion von Lithium-Ionen-Zellen in Deutschland vorantreiben sollte, haben dabei wichtige Impulse gesetzt. Während die ursprünglichen Ziele des Konsortiums teilweise erreicht wurden, hat sich das Wettbewerbsumfeld in der Zwischenzeit stark verändert. Neue Akteure, sowohl nationale als auch internationale, sind in den Markt eingetreten. Die europäische Batterieunion hat zudem die Rahmenbedingungen für die Batterieproduktion in Europa gefestigt. 

Auch Startups spielen eine unverzichtbare Rolle in der Entwicklung neuer Batterietechnologien. Ihre Agilität und Flexibilität ermöglichen es ihnen, schnell auf Marktanforderungen zu reagieren und neue, oft disruptive Lösungen zu entwickeln. Unternehmen wie Custom Cells zeigen exemplarisch, wie Startups maßgeschneiderte Batteriezellen für spezifische Anwendungen entwickeln können. Durch diese Spezialisierung können sie auf die individuellen Bedürfnisse ihrer Kunden eingehen und Produkte anbieten, die von großen Konzernen oft nicht abgedeckt werden.  

E-Autos im Visier deutscher Forscher
 

Die deutsche Regierung hat in den vergangenen Jahren erhebliche Anstrengungen unternommen, um die Elektromobilität zu fördern und den Umstieg von Verbrennern auf batterieelektrische Fahrzeuge zu beschleunigen. Aufgrund dessen konzentriert sich die Forschung in Deutschland immer stärker auf die Verbesserung von Batterien für E-Autos. Volkswagen hat diese Entwicklung frühzeitig erkannt und setzt mit der Gründung von PowerCo einen klaren Fokus auf die Entwicklung und Produktion eigener Energiespeicher. Ziel ist es, die Wertschöpfungskette der Elektromobilität zu sichern und eine führende Rolle in diesem Zukunftsmarkt einzunehmen. 

Die Entscheidung, in Salzgitter eine der modernsten Zellfabriken Europas zu errichten, unterstreicht das Engagement von Volkswagen für Deutschland und Europa. Die Produktion von Einheitszellen, die in zahlreichen Fahrzeugmodellen des Konzerns zum Einsatz kommen sollen, wird nicht nur die Kosten senken, sondern auch die Leistungsfähigkeit der E-Autos deutlich verbessern. Darüber hinaus schafft Volkswagen damit zukunftsweisende Arbeitsplätze und stärkt die regionale Wirtschaft. 

Die globale Ausrichtung von PowerCo zeigt, dass Volkswagen die Batteriezellfertigung als strategischen Baustein für den weltweiten Erfolg seiner E-Mobilitätsstrategie betrachtet. Durch die Bündelung der Kompetenzen und die Zusammenarbeit mit Partnern wird es dem Unternehmen gelingen, die Herausforderungen der Elektrifizierung zu meistern und die Energietechnik kontinuierlich weiterzuentwickeln. 

Umweltfreundliche Materialien auf dem Vormarsch 
 

Die Energietechnik steht vor einem tiefgreifenden Wandel. Während Lithium-Ionen-Batterien bereits heute eine wichtige Rolle spielen, konzentriert sich die Forschung auf die Entwicklung noch leistungsfähigerer und nachhaltigerer Energiespeicherlösungen. Die deutsche Industrie ist bestrebt, bei dieser technologischen Entwicklung eine führende Rolle einzunehmen und setzt daher auf eine enge Kooperation mit Wissenschaft und Wirtschaft. 

Ein großes Problem stellt die Rohstoffbeschaffung dar: Der Bedarf an Lithium, Kobalt, Nickel und anderen seltenen Erden wächst rasant, während die Vorkommen begrenzt sind und oft in geopolitisch instabilen Regionen liegen. Die Abhängigkeit von Importen macht die Lieferketten anfällig für Störungen und Preisschwankungen.  

Ein vielversprechender Ansatz liegt in der Nutzung neuer Materialien. So werden beispielsweise in Post-Lithium-Ionen-Batterien häufiger vorkommende Elemente wie Natrium und Kalium eingesetzt, um die Abhängigkeit von seltenen Erden zu verringern. Zudem ermöglichen biobasierte Materialien, die aus nachwachsenden Rohstoffen gewonnen werden, eine Reduzierung des ökologischen Fußabdrucks. 

Feststoffbatterien stellen einen bedeutenden Fortschritt in der Batterietechnologie dar und versprechen eine Vielzahl von Vorteilen gegenüber herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien. Durch den Einsatz eines festen Elektrolyten ermöglichen sie eine höhere Energiedichte, was zu größeren Reichweiten in Elektrofahrzeugen führt. Zudem sind sie langlebiger, da sie weniger anfällig für Alterungsprozesse sind. Feststoffbatterien sind auch wesentlich sicherer, da der feste Elektrolyt das Risiko von Bränden deutlich reduziert. Darüber hinaus können sie über einen größeren Temperaturbereich betrieben werden und ermöglichen schnellere Ladezeiten. Diese Eigenschaften machen Feststoffbatterien zu einem attraktiven Energiespeicher. 

Parallel dazu gewinnen auch völlig neue Batteriekonzepte an Bedeutung. Die Chemikerin Birgit Esser von der Universität Freiburg hat gemeinsam mit dem Batterieforschungszentrum der Universität Münster bewiesen, dass es möglich ist. Die von ihnen entwickelte innovative Batterie ist umweltfreundlich, lässt sich in nur drei Minuten laden und das bis zu 10.000 Mal hintereinander. Außerdem ist sie biegbar. 

Bei der Herstellung der Batterie wurde komplett auf schädliche Inhaltsstoffe verzichtet: Sie enthält weder Nickel, Kobalt noch Schwermetalle, sondern ist aus dem Kunststoff Polyvinylphenothiazin hergestellt, der mit Ruß beschichtet ist. Einen weiteren Pluspunkt der Batterie bildet ihre geringe Größe, da sie nicht größer ist als ein 10-Cent-Stück. Die Batterie ist zudem so dünn und so biegsam wie Alufolie. Sie eignet sich für die Integration in intelligente Kleidung und für Smartphones. 

Zukünftige Entwicklungen für Energiespeicher
 

Während die Automobilindustrie bereits heute bedeutende Fortschritte erzielt, eröffnen sich in anderen Bereichen wie der stationären Energiespeicherung oder der Integration erneuerbarer Energien in Smart Grids weitere Potenziale.  

Smart Grids bilden das Nervensystem einer intelligenten Energieversorgung. Durch die Vernetzung von Erzeugern, Verbrauchern und Speichern ermöglichen sie eine flexible und effiziente Nutzung von Energie. Energiespeicher, insbesondere in Kombination mit erneuerbaren Energien, spielen dabei eine Schlüsselrolle. Sie können überschüssigen Strom speichern und zu Zeiten hoher Nachfrage wieder ins Netz einspeisen, wodurch Schwankungen ausgeglichen und die Netzstabilität erhöht werden. Darüber hinaus können Smart Grids Verbraucher dazu anregen, ihren Stromverbrauch flexibler zu gestalten, beispielsweise durch die Nutzung von Lastmanagement-Systemen. Dies trägt nicht nur zur Entlastung des Stromnetzes bei, sondern ermöglicht auch eine bessere Integration von dezentralen Energieerzeugern wie Photovoltaikanlagen oder kleinen Windkraftanlagen.