Anika Peucker
Anika Peucker arbeitet im Marketing und der Online-Kommunikation des Fraunhofer IKTS und betreut unter anderem den IKTS-Blog. Foto: Peter Peuker, Fraunhofer IKTS.

Urlaubszeit. Volle Straßen. Der Staubericht im Radio ist ellenlang und die Kinder auf dem Rücksitz quengeln. Kommt Ihnen das bekannt vor? Sicherlich! Denn nahezu jeder fuhr schon einmal mit dem Auto in den Urlaub. Laut einer repräsentativen Umfrage der Aral AG, war 2016 der Pkw das beliebteste Reiseverkehrsmittel unter den rund 1.200 Befragten. Fast die Hälfte plante mit ihm zu vereisen, unter den Deutschlandurlaubern sogar 71 Prozent.

Aber auch EU-Reisende wollten zu fast einem Drittel mit dem Auto fahren. Die Mehrheit der Autourlauber steuerte dabei Ziele in 500 bis 2.000 Kilometern Entfernung an. Vermutlich waren die meisten von ihnen in einem Auto mit Verbrennungsmotor unterwegs, denn die Elektroautos geizen derzeit noch mit Reichweite. Doch was wäre, wenn Sie in ein paar Jahren von Dresden nach Paris mit nur einer Batterieladung fahren könnten? Wären mehr Fahrzeuge und auch das Ihre dann ein »Stromer«?

Bis 1.000 Kilometer mit einer Batterieladung

Unsere Wissenschaftler vom Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und System IKTS meinen: Es kann uns in einigen Jahren gelingen! Dann sollen bis zu 1.000 Kilometern mit einer Batterieladung möglich sein. Doch wie können die Chemiker, Techniker und Ingenieure um Dr. Mareike Wolter die Reichweite verdoppeln? Denn derzeit gehandelte Batteriesysteme auf Lithium-Ionen-Basis erreichen maximal 500 Kilometer mit einer Aufladung. Und dies auch nur, wenn Material und Verarbeitung von hoher Qualität und erstklassig aufeinander abgestimmt sind. Darüber hinaus sind die Akkus – und damit die E-Autos – noch verhältnismäßig teuer. Auch das hält viele vom Kauf ab.

Das Prinzip einer Bipolarbatterie
Das Prinzip einer Bipolarbatterie. Quelle: Fraunhofer IKTS

Realisiert werden sollen die geplanten 1.000 Kilometer durch ein neues Batteriekonzept. Die Forscher spickten dafür bei der Brennstoffzelle und adaptierten deren Aufbau auf die Lithium-Ionen-Batterie. Konkret geht es um das Bipolar-Prinzip, also um das Design bipolarer Elektroden – das Herz der Energiespeicherung. Im Labormaßstab funktionieren sie bereits. Nun folgt die Skalierung auf Technikumsmaßstab bevor komplette Batteriezellen direkt ins Chassis der Autos eingebaut werden.

Das Bipolar-Prinzip

Beim bipolaren Ansatz sind die einzelnen Batteriezellen nicht kleinteilig getrennt nebeneinander aufgereiht, sondern großflächig direkt übereinander gestapelt. Der gesamte Aufbau für Gehäuse und Kontaktierung, den jede einzelne der heutigen Zellen braucht, entfällt. Diese Vereinfachung spart Platz, Gewicht und letztlich Geld. So passen mehr Batteriezellen in ein Auto. Durch die direkte Verbindung der Zellen im Stapel fließt der Strom über die gesamte Fläche der Batterie, was den elektrischen Widerstand senkt und die Leistung erhöht.

Rolle-zu-Rolle-Verfahren
Beschichtung der metallischen Folie mit keramischen Speichermaterialien im Rolle-zu-Rolle-Verfahren. Die Bipolarelektroden werden so im Technikumsmaßstab hergestellt. Foto: Fraunhofer IKTS

Die Bipolarelektroden sind dabei so konstruiert, dass sie Energie sehr schnell abgeben und wieder aufnehmen. Möglich wird dies durch eine metallische Folie, die mit keramischen Speichermaterialien im Rolle-zu-Rolle-Verfahren beidseitig beschichtet wird. Die keramischen Werkstoffe liegen zunächst als Pulver vor. Die Wissenschaftler mischen es mit Polymeren und elektrisch leitfähigen Materialien zu einer Suspension. Die Rezeptur, die unsere Forscher speziell dafür entwickeln, bedingt, dass eine Elektrodenseite zur Anode, die andere zur Kathode wird. Damit teilen sich zwei in Reihe geschaltete Zellen die Ableiter.

EMBATT – ein Gemeinschaftsprojekt

Ein solch umfangreiches Projekt wie EMBATT ist aber nicht alleine zu stemmen. Deshalb schlossen sich dafür thyssenkrupp System Engineering, IAV Automotive Engineering und das Fraunhofer IKTS zusammen. Wir entwickeln die Elektroden und Elektrodenmaterialien, thyssenkrupp entwirft Prozess- und Anlagenlösungen und IAV konstruiert die Konzepte, um Batterien in die Elektroautos zu integrieren. Bis 2020 streben die Partner erste Tests im Fahrzeug an. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) und die Sächsische Aufbaubank (SAB) fördern EMBATT mit zwei Projekten.

EMBATT
Bei EMBATT stapeln Fraunhofer-Wissenschaftler großflächige Batteriezellen übereinander. Das bringt mehr Leistung in die Fahrzeuge. Quelle: IAV GmbH

Der Erfolg des Gesamtprojektes hängt allerdings auch von weiteren Finanzierungen ab. Zudem muss es den Forschern gelingen die richtigen Keramikkomponenten zu entwickeln, zu mischen und letztendlich zu einem Preis in die Serienfertigung zu überführen, der für Autokonzerne und Käufer akzeptabel ist.

Sie wollen mehr zu EMBATT und der Forschung zu Batterien und Elektromobilität am Fraunhofer IKTS erfahren? Besuchen Sie uns doch im Web oder diskutieren Sie mit uns auf Facebook, Twitter und im IKTS-Blog. Was sind Ihre Meinung und Erfahrungen zur Elektromobilität? Welche Chancen und Risiken sehen Sie in Elektroautos? Sind E-Autos für Sie ein Transportmittel der Zukunft?