Warum Daimler und Hydro-Québec bei zukünftigen Batterietechnologien kooperieren

Die Batterietechnologie ist eine Schlüsselkomponente der Elektromobilität und hat in den letzten Jahren beträchtliche Fortschritte gemacht. Lithium-Ionen-Batterien sind heute die am häufigsten verwendeten Batterietypen in der Elektronik und in Elektrofahrzeugen. In den kommenden Jahren wird diese Technologie weiterhin das Tempo vorgeben, aber es ist noch mehr zu erwarten.

Die Batterie ist kein Standardprodukt, sondern integraler Bestandteil der Fahrzeugarchitektur. Die Intelligenz der Batterie liegt in einem hochkomplexen Gesamtsystem, das die Eigenschaften des Fahrzeugs in Bezug auf Leistung, Reichweite und Ladezeiten definiert. Im Rahmen ihrer Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten schließt die Mercedes-Benz AG eine Entwicklungspartnerschaft mit dem kanadischen Batteriematerialspezialisten Hydro-Québec für zukünftige Technologiesprünge von Elektrofahrzeugen. Schwerpunkt der Zusammenarbeit: Festkörperbatterien.

Ein Gespräch mit Karim Zaghib, General Manager des Center of Excellence in Transportation Electrification and Energy Storage von Hydro-Québec.

Karim Zaghib, General Manager des Center of Excellence von Hydro-Québec.

Wie sieht Ihre Vision zukünftiger Batterietechnologien aus?

Karim Zaghib: Unsere Vision ist sehr klar: Wir wollen Energie für eine nachhaltige Zukunft neu erfinden. Unser Ziel ist die Entwicklung von Hochleistungs-Batterietechnologien und Speichersystemen, die die Elektrifizierung des Verkehrs beschleunigen und es ermöglichen, weltweit mehr erneuerbare Energie in die Stromnetze zubringen. Wenn wir zukünftigen Generationen einen lebenswerten Planeten hinterlassen wollen, dann ist jetzt der Zeitpunkt gekommen, um zu handeln.

An welchen Themen arbeiten Sie momentan?

Zaghib: Der Fokus meines Zentrums richtet sich auf fortschrittliche Lithium-Ionen- und Festkörperbatterien. Wir haben in den 90er-Jahren bereits eine Festkörperbatterie der ersten Generation entwickelt und unsere Forschung und Entwicklung zur Verbesserung der Effizienz und der Herstellungsverfahren kontinuierlich fortgesetzt. Festkörper-Lithium-Metall-Batterien gelten als nächster wichtiger technischer Meilenstein. Sie haben eine sehr hohe Energiedichte, sie sind langlebig, sehr leicht und darüber hinaus eine sichere Alternative zu herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien. Mit unseren neuesten Entwicklungen haben wir sehr vielversprechende Ergebnisse erzielt.

Wie passen die Aktivitäten von Hydro-Québec und Daimler zusammen?

Zaghib: Wir freuen uns, mit Mercedes-Benz, einem Automobilunternehmen mit ausgezeichnetem Ruf, eine Partnerschaft einzugehen, um unsere Forschung weiter voranzutreiben. Unser Entwicklungsprogramm wird es uns ermöglichen, neue Materialien schnell unter Feldbedingungen zu testen und so den Entwicklungszyklus zu beschleunigen und damit auf die Anliegen der Automobilhersteller einzugehen.

Was genau ist der Unterschied zwischen der heutigen Li-Ionen-Technologie und der Festkörpertechnologie?

Zaghib: Festkörperbatterien verwenden ein Elektrolyt aus festem Material anstelle des üblicherweise flüssigen Elektrolyts. Die Elektroden bestehen ebenfalls aus festem Material. Das Elektrolyt hat die Aufgabe, Ionen zwischen den Elektroden hin und her zu transportieren, während die Batterie sich lädt und entlädt. Festelektrolyte eröffnen die Möglichkeit, neue Anodenarten zu verwenden, wie etwa Lithium-Metall-Anoden, die eine höhere Energiedichte als die heutigen Graphitanoden bei gleichzeitig optimierter Sicherheit bieten. Es ist ein sehr spannendes Forschungsgebiet, das noch viele Möglichkeiten bereithält.

Welche Möglichkeiten sehen Sie, um die Marktreife zu erreichen?

Zaghib: Die Lithium-Ionen-Chemie ist eine sehr leistungsstarke Chemie mit großem Potenzial. Die Umstellung von Lithium-Ionen- auf Festkörperbatterien wird nicht über Nacht erfolgen. Trotz der ersten Generation von Lithium-Metall-Polymer-Festkörper-Batterien mit moderater Energiedichte sind weitere Festkörperlösungen noch nicht produktionsreif. Sie sind es aber auf jeden Fall wert weiter verfolgt zu werden, weil sie einige entscheidende Vorteile bieten. Zu beachten ist, dass bei Festkörperbatterien sowohl die Elektrode als auch das Elektrolyt aus festem Material bestehen. Neue Generationen dieser Materialien werden schnell aufladbar sein und sind im Grunde nicht brennbar. Was wir definitiv sagen können ist, dass die Festkörperbatterie-Technologie in den letzten Jahren große Fortschritte erzielt hat. Momentan arbeiten wir zum Beispiel an einer Keramiklösung. Es können sowohl Polymer- als auch keramische Festelektrolyte verwendet werden. Sie haben unterschiedliche Eigenschaften und könnten sich jeweils für unterschiedliche Anwendungsfälle eignen. Insbesondere Keramikmaterialien bieten eine sehr hohe Stabilität gegenüber hohen Temperaturen und können solche hohen Temperaturen zum Beispiel auch bei Schnellladeprozessen sehr gut vertragen.

Wie wichtig ist Nachhaltigkeit für Ihre Entwicklungsarbeit?

Zaghib: (lacht) Nachhaltigkeit ist das Allerwichtigste! Andernfalls würde ich diesen Job nicht schon 30 Jahre lang machen. In puncto Nachhaltigkeit von Batterien lautet die entscheidende Frage, wie sich die Batterie nachhaltig entwickeln und produzieren lässt. Wir müssen effiziente Recycling-Technologien für Batterien weiterentwickeln. Dabei spielt die Materialwahl eine maßgebliche Rolle. Wir verfügen über langjährige Erfahrung mit nachhaltigen Materialien und ihrer Anwendung in großen Zellen und Batteriepacks.

Sind Festkörperbatterien der definitive Nachfolger von Lithium-Ionen-Batterien?

Zaghib: Für eine nachhaltige Zukunft werden wir unterschiedliche Energiespeichertechnologien benötigen. Es gibt kein Patentrezept für alle Branchen und Anwendungen.

Was fasziniert Sie am meisten an Ihrem Forschungsgebiet?

Zaghib: Die Energiewende ist seit Jahrzehnten die spannendste Zeit für die Branche. Es entstehen vollkommen neue Märkte. Die Entwicklung ist unglaublich und es macht mich glücklich, auf einem Gebiet mit so viel Potenzial zu arbeiten.

Hydro-Québec und sein Center of Excellence in Transportation Electrification and Energy Storage ist ein Innovationsstandort von Weltrang im Bereich Batteriematerialien für Elektrofahrzeuge und andere stationäre und mobile Anwendungen der Energiespeicherung. Unter der Leitung von Karim Zaghib, einem international renommierten Experten, beschäftigt das Zentrum ein hochkarätiges Team, das an der Revolutionierung der Energiebranche arbeitet. Zaghib wurde kürzlich zum dritten Mal in Folge als einer der einflussreichsten Wissenschaftler der Welt ausgezeichnet. Das Exzellenzzentrum vermarktet Hydro-Québec-Technologien, die durch über hundert Patentfamilien geschützt sind.

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