5/2020, BYD Han BYD
5/2020, BYD Europa
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Batteriezellen-Forschung: China hat die Super-Akkus

Batteriezellen-Forschung China hat den billigen 1000-Kilometer-Akku

Dass sich deutsche Autobauer lange nicht intensiv genug mit Batteriezellen beschäftigt haben, rächt sich jetzt: Meldungen über neue Technologien für reichweitenstarke Akkus häufen sich. Auffällig viele kommen aus China. Die nächsten E-Autos damit wohl auch.

Ganz konkret: der BYD Han. Der Hersteller "Build your Dreams" (BYD), bei uns durch die Kooperation mit Daimler und dem zugehörigen Modell Denza bekannt, ist der größte Elektroautobauer Chinas. Der Konzern will neben dem SUV Tang auch die Limousine Han nach Europa bringen. Zunächst nach Norwegen, wo Elektroautos wegen staatlicher Förderung am meisten boomen. Die Reichweite soll dank einer 82 kWh großen Batterie nach NEFZ bei 600 Kilometern liegen, der Preis zwischen 45.000 und 55.000 Euro. Neben einer Version mit Frontantrieb und 163 kW (222 PS) soll die rund fünf Meter lange Limousine auch als 363 kW(494 PS) starker Allradler zu haben sein, 100 km/h soll der Viertürer in unter vier Sekunden erreichen.

Tesla Model 3, Exterieur
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BYD bringt einfache Materialien in Auto-Akkus

Hohe Leistung und blitzartige Beschleunigung ist man von E-Autos gewöhnt, der Preis mag bis zum konkreten Markstart noch steigen. Was aufhorchen lässt, ist die Batterietechnik. BYD nennt sie Blade-Technologie und behauptet, sie sei weniger brandgefährlich als herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien (Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt, Li-NMC). Im Han sitzt nämlich ein Lithium-Eisen-Phosphat-Akku. Bei diesem Typ ist tatsächlich das Brandrisiko geringer.

3/2020, BYD Blade Batterie
BYD
Die so genannte Blade-Batterie von BYD.

Deshalb finden Lithium-Eisenphosphat-Akkus vor allem als Stationärspeicher für Photovoltaik-Anlagen in Häusern Verwendung. Dort stört ihre überschaubare Energiedichte nicht. Gängige Exemplare haben bei 11 kWh Kapazität etwa die Größe eines Hängeschranks. Wie gesagt: Die Batterie im Han hat gut 82 kWh.

Spezial-Decke löscht brennende Elektroautos

Maximilian Fichtner, Professor für Festkörperchemie und stellvertretender Direktor des Helmholtz-Instituts Ulm sagt dazu: "Die neue Batterie von BYD ist offenbar nur etwas mehr als halb so groß wie die bisherige, schafft 600 km und passt in ein Auto, das in China umgerechnet nur 33.000 Dollar kostet und 0 bis 100 km/h in 3,9 Sekunden schafft. Wir müssen befürchten, dass die deutschen Hersteller hier erstmal raus sind aus dem Rennen. Lithium-Eisen-Phosphat-Batterien sind ja noch dazu viel weniger empfindlich gegen Beschädigungen. Wenn Sie da einen Nagel reinhauen, geht die Temperatur an der Stelle gerade mal auf 50 Grad hoch. Eine Li-NMC Batterie geht in so einem Fall thermisch durch und brennt ab".

5/2020, BYD Han
BYD
Der BYD Han soll auch nach Europa kommen.

Vom Stationärspeicher ins Auto

Wie konnte BYD mit dieser Technik im Auto überraschen? "Lithium-Eisen-Phosphat gab es im Automobilbereich schon Ende der 2000er-Jahre: Als 2008 das KERS in der Formel 1 eingeführt wurde, wurde Lewis Hamilton Weltmeister – mit einer Lithium-Eisen-Phosphat-Batterie im Rücken. Die Chinesen haben ursprünglich damit gearbeitet, sind dann aber mit der internationalen Gemeinde auf NMC geschwenkt, wegen der höheren Speicherkapazität. Offenbar hat man in China jedoch nicht ganz aufgehört, sich mit Eisen-Phosphat zu beschäftigen und es durch irgendein Verfahren geschafft, die Batterien klein und kompakt zu bekommen. BYD nennt es Blade-Batterie, übersetzt also "Klingen"-Batterie. Damit kommen sie offenbar in den für mobile Anwendungen interessanten Bereich", so Fichtner.

McLaren
Daniel Reinhard
Das Kinetic Energy Recovery System (KERS) in den Formel-1-Autos arbeitete zu Beginn mit Lithium-Eisen-Phosphat-Akkus.

Und haben gleichzeitig das eine oder andere Rohstoffproblem weniger. Eisen ist ungleich leichter zu bekommen, als Mangan, Nickel oder gar Kobalt. Was sich offenbar auch im Preis niederschlägt.

GAC – mit neuen Materialien zu 1000 Kilometer Reichweite

Die Guangzhou Automobile Group (GAC) verkündete neulich auf einem Technologietag, dass man unter Verwendung von Silizium als Anodenmaterial quadratische Hartschalen-Zellen mit einer Energiedichte von 275 Wattstunden (Wh) pro Kilogramm hergestellt habe. Zum Vergleich: Tesla schafft knapp 160 Wh/kg. Autos mit Batterien dieser Technologie sollen laut GAC 1000 Kilometer Reichweite schaffen.

GAC Aion LX
GAC
GAC verkauft Elektroautos unter dem Namen Aion, hier der LX.

Silizium ersetzt an der Anode Graphit und verspricht laut Fraunhofer-Institut für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik (FEP) "nahezu eine Verzehnfachung der spezifischen Ladekapazität der Anode". Allerdings dehnt sich das Material enorm aus bzw. schrumpft beim Laden und Entladen. Dadurch zerstört sich der Materialverbund recht schnell und es kommt so zum Zellversagen. Das FEP hat daher "einen kosteneffizienten und umweltschonenden Prozess entwickelt, um so poröse Siliziumschichten herzustellen, die nicht so schnell kaputtgehen". Offenbar hat GAC einen vergleichbaren Weg gefunden. Beim Technologietag gab Mei Untong, Leiter der Batterieforschung bei GAC jedenfalls an, für die nächste Generation von Batterien einzigartige Schlüsseltechnologien für Materialien, Zell-Aufbau, Produktionsprozesse entwickelt zu haben, so dass man weltweit erstmals Silicium-Anoden bei der Herstellung großer, leistungsstarker Batteriezellen verwenden könne. Neben der höheren Reichweite sollen damit auch mehr Sicherheit und geringere Kosten die Folge sein.

Turbo-Aufladung dank Graphen

Darüber hinaus versprach GAC einen Durchbruch bei der Schnellladefähigkeit. Die GAC Group erforsche bereits seit 2014 die Herstellung von Graphen im großen Maßstab und verfüge über zahlreiche Patente. Graphen besteht aus nur einer Lage von Kohlenstoffatomen und gilt als Wundermaterial. Erst 2004 gelang es einer Gruppe um André Geim und Konstantin Novoselov an der University of Manchester erstmals einatomige Graphenlagen herzustellen. Dank der besonderen Leitfähigkeit und der speziellen Struktur von Graphen hat GAC angeblich eine super schnell zu ladende Batterie entwickelt. Sie soll in 8 Minuten zu 80 Prozent, in zehn Minuten zu 100 Prozent geladen sein und eine Reichweite von 200 bis 300 Kilometer erlauben. Kompromisse müssen eventuell bei der Lebensdauer und Zyklenfestigkeit gemacht werden.

Graphen
Getty Images
Graphen ist Kohlenstoff, der in dünnsten Schichten von nur einem Atom Dicke angeordnet ist.

Aktuell habe man die Graphen-Technologie auf mehreren Ebenen auf ihre Tauglichkeit geprüft, von der Zelle übers Modul bis zum Gesamtfahrzeug. Wenn Onboard-Tests ergeben, dass sich die neue Technik für die Massenproduktion eignet, soll es losgehen mit den neuen Superbatterien. Das klingt allerdings noch nach Zukunftsmusik.

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Fazit

Ja, bislang konnten wir die neuen Batterien noch keine Autos antreiben sehen, geschweige denn sie ausprobieren. Aber der BYD Han soll in China seit Juni zu kaufen sein. Und selbst wenn die neuen Akkus noch nicht in Serie sind wie die Entwicklungen von GAC: Allein die Vielfalt und Vielzahl von Entwicklungsergebnissen zeigt, dass die Chinesen sich bei Batteriezellen einen Vorsprung erarbeiten, wie er den deutschen Herstellern bei der Entwicklung von Verbrennungsmotoren nachgesagt wird. Aber deren Blütezeit ist vorbei.

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