Blick hinter den Hype - Neue Batterien – was ist realistisch?

Die nächste grosse Ankündigung einer «Superbatterie» kommt bestimmt. Doch was ist für die nächsten Jahre realistisch? Wir ordnen ein mit dem Batterieforscher und schauen, warum die Entwicklung im Moment in die Breite geht, auf zahlreiche Batterietypen.

Die neuesten Ankündigungen kommen vom Start-up «Donut Lab» aus Finnland: Eine Feststoffbatterie, die für ein Auto 1000 Kilometer Reichweite verspricht und schnell und oft geladen werden kann. Das klingt einmal mehr nach dem erhofften Durchbruch.

Doch nicht alles super

Solche Ankündigungen kommen fast schon regelmässig. «Es hat sich in den letzten Jahren gezeigt, dass es immer etwas komplexer ist als erwartet», relativiert Batterieforscher Corsin Battaglia von der Empa in Dübendorf.

An der Empa in Dübendorf wird intensiv an Batterien geforscht. Dies geschieht in der Regel mit kleinen Knopfzellen, ähnlich den handelsüblichen Knopfzellen. Sie können einzeln befüllt werden und ermöglichen so, viele verschiedene Batteriematerialien und -typen auszutesten, alles im Mini-Format.

Empa

Insbesondere der Übergang von kleinen Stückzahlen zu einer Massenproduktion sei enorm schwierig. Es geht nicht nur um den Produktionsprozess, der neu entwickelt werden muss, sondern auch um die Sicherheit und Langlebigkeit der Batterien. Damit alles funktioniert, muss sehr viel zusammenpassen.

Nächste Generation

Feststoffbatterien und damit eine neue Generation von Batterien werden wohl kommen. «Ich gehe aber davon aus, dass die Industrie schon noch fünf Jahre braucht, bis sie serienmässig für die Kunden in der Schweiz zur Verfügung stehen», so Corsin Battaglia.

Bei Autobatterien findet gerade eine Diversifizierung statt: Teure, leistungsfähige Batterien im Premiumsegment (Feststoffbatterien als nächste Innovation) und auf der anderen Seite Natrium-Ionen-Batterien bei günstigen Autos. Ebenfalls im günstigeren Segment sind die bereits schon eingesetzten Lithium-Eisenphosphat-Batterien.

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Feststoffbatterien könnten dann durchaus halten, was sie heute versprechen: Hohe Reichweite, schnelles Laden. Günstig werden sie aber wohl nicht werden. Die Rohstoffe, die Entwicklung und die Produktionsprozesse sind kostspielig. Eine Batterie für eine zahlungskräftige Kundschaft, zum Beispiel für das Premiumsegment bei Autos.

Für jede Anwendung das Richtige

Heute wird an zahlreichen unterschiedlichen Batterietypen geforscht. Auch im Labor von Corsin Battaglia, wo er mit seinem Team viele unterschiedliche Materialien austestet, um Batterien zu optimieren. Neben der Feststoffbatterie sind es insbesondere auch die klassischen Ionen-Batterien mit Flüssig-Elektrolyt, die weiterentwickelt werden. Besondere Aufmerksamkeit erhält zurzeit die Natrium-Ionen-Batterie.

Natrium-Ionen-Batterien können mit normalem Kochsalz hergestellt werden, das aus Natrium und Chlorid besteht (NaCl). Zudem brauchen sie auch kein Nickel und Kobalt, die beide als kritische Rohstoffe eingestuft werden.

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Natrium-Ionen-Batterien haben einige Vorteile: Neben dem wohl bald schon günstigen Preis können sie schneller als Lithium-Ionen-Batterien geladen werden und sind auch bei tiefen Temperaturen recht stabil. Und: Sie kommen ohne kritische Rohstoffe wie Kobalt, Nickel und Lithium aus. Ihr Nachteil ist, dass sie weniger Energie speichern können. In einem Auto bedeutet das: Statt für 500 reicht eine Ladung für 200 oder 250 Kilometer.

Natrium-Ionen-Batterie

Anstelle von Lithium enthält die Natrium-Batterie das deutlich schwerere Metall Natrium. Der Unterschied im Gewicht dieser Metalle (circa Faktor 3) hat zur Folge, dass die Natrium-Batterien eine geringere sogenannte «Energiedichte» haben. Konkret: Eine Natrium-Ionen-Batterie von 1 Kilogramm Gewicht, kann nur etwa halb so viel Energie speichern wie eine Lithium-Ionen-Batterie von 1 Kilogramm Gewicht.

Die Natrium-Ionen-Technologie ist noch relativ jung, mache aber grosse Fortschritte, sagt der Batterieforscher Corsin Battaglia. «Viele der Erkenntnisse, die wir für Lithium-Ionen-Batterien gewonnen haben, können wir jetzt mehr oder weniger 1 zu 1 auf Natrium-Ionen-Batterien transferieren», sagt Battaglia. Auch für die Industrie funktioniert das: Für Natrium-Ionen-Batterien können die gleichen Herstellungsprozesse eingesetzt werden wie für Lithium-Ionen-Batterien. Man spricht deshalb von einer sogenannten «Plugin-Technologie».

Für den Alltagsgebrauch könnte das aber oft genügen und so wird erwartet, dass Natrium-Batterien schon bald in günstigeren Elektrofahrzeugen Verbreitung finden. Ein weiterer Batterietyp, etwas «zwischendrin», ist die Lithium-Eisenphosphat-Batterie: Ähnlich der Lithium-Ionen-Batterie, aber etwas günstiger und etwas weniger Leistungsstark.

Schlüsseltechnologie

Batterien sind eine wichtige Technologie für die Zukunft, weil wir immer mehr auf Strom als Energieträger setzen. Neben Autos, Bussen, Lastwagen, Schiffen und sogar Flugzeugen sind Batterien auch zur Stabilisierung der Stromnetze und zur Speicherung von erneuerbaren Energien im Einsatz.

Eine Batteriespeicherstation für Windstrom in Schleswig-Holstein. Auch als Zwischenspeicher im grösseren Stil werden Batterien immer häufiger eingesetzt.

IMAGO/Joerg Boethling

Aufgrund dieser Vielfalt gibt es eine laufend grössere Diversität von Batterietypen, denn die eine Batterie für alles ist nicht in Sicht. Heute gilt darum: Für jede Anwendung das möglichst Passende. Die «Superbatterie» wird wohl nicht so schnell kommen – aber vielleicht braucht es sie auch gar nicht.

Gescheiterte europäische Produktion

Mit viel Geld hätte die Batterieproduktion in Europa in Gang kommen sollen. Northvolt in Schweden wollte Lithium-Ionen-Batterien im grossen Massstab herstellen. Die Firma war aber nicht in der Lage grosse Stückzahlen in genügend guter Qualität zu produzieren und ging 2025 Konkurs. Das Beispiel zeigt, dass es selbst mit der vermeintlich etablierten Lithium-Ionen-Technologie keine Erfolgsgarantie für eine erfolgreiche Umsetzung im grossen Stil gibt.

Mit neuen Batterietechnologien oder auch Nischenanwendungen wie der Schmelzsalzbatterie könnten europäische Hersteller in Zukunft allenfalls wieder aufholen. Es bieten sich immer wieder Möglichkeiten in neue Technologien einzusteigen. Doch ob der grosse Vorsprung der chinesischen Firmen so schnell wieder einholbar ist, ist zumindest fraglich.