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Dienstag, 07 Juni 2022 12:00

Mit Schweizer Feststoffakkus die Energiewende meistern

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Geschätzte Lesezeit: 4 - 7 Minuten
Animation eines Feststoffspeichers zur Zwischenspeicherung von Erneuerbarem Strom aus Wind- und Sonnenenergie. Animation eines Feststoffspeichers zur Zwischenspeicherung von Erneuerbarem Strom aus Wind- und Sonnenenergie.

Hochrechnungen gehen davon aus, dass 2050 in Deutschland 11,3 TWh Strom aus Erneuerbaren Energien zwischengespeichert werden müssen – ca. ein Zehntel der 2021 produzierten Windenergie. Bislang ist der Durchbruch bei der Speicherentwicklung ausgeblieben. Den will das Schweizer Unternehmen Swiss Clean Battery jetzt mit der Serienfertigung eines neuen Feststoffakkus in der Schweiz erreichen. Die neue Batterie hat wegweisende Eigenschaften und könnte den Markt für Speichertechnologien disruptiv aufmischen.

Gigafactory für Feststoffakkus

Es ist ein sonniger Tag Anfang April in Zürich als im Hotel Schweizerhof im Stadtzentrum des schweizerischen Finanzzentrums eine kleine Schar Journalisten zum Pressetermin der Swiss Clean Battery AG (SCB) zusammenkommt. Die Ankündigung vom Bau einer Gigafactory für Feststoffakkus – der weltweit ersten – hat sie neugierig gemacht, schließlich kommt einem beim Begriff „Gigafactory“ geradezu reflexhaft Elon Musk in den Sinn, der knapp 900 Kilometer weiter nordöstlich gerade seine Tesla-Gigafactory in Grünheide bei Berlin in Betrieb genommen hat. Doch was bei aller Euphorie über die Elektromobilität und deren bedeutender Rolle bei der Dekarbonisierung der Mobilität immer wieder sauer aufstößt, ist die CO2-intensive Produktion der Fahrzeuge. Dabei fällt insbesondere die Batterieherstellung ins Gewicht, bei der auch Elemente wie Lithium und Kobalt eingesetzt werden. Die Gewinnung von Lithium ist schwierig und aufwendig, Kobalt stammt überwiegend aus dem Kongo, wo es unter prekären Bedingungen abgebaut wird. Mängel heutiger Batterien sind zudem das Brand- und Explosionsrisiko, schnelle Entladung u. a. bei Minusgraden sowie die relativ kurze Lebensdauer.

Akkutechnik ohne Makel?

Substanz die bei der Alterung von Akkus entsteht und erst vor wenigen Jahren erstmals künstlich hergestellt wurde. Dieses sogenannte „stabile Leitsalz“ verhindert im Elektrolyten gelöst den Alterungsprozess von AkkusSubstanz die bei der Alterung von Akkus entsteht und erst vor wenigen Jahren erstmals künstlich hergestellt wurde. Dieses sogenannte „stabile Leitsalz“ verhindert im Elektrolyten gelöst den Alterungsprozess von Akkus

Der neue Akku aus der Schweiz löst augenscheinlich alle Schwächen derzeitiger Batteriefertigung zugleich: Er ist langlebig und unbrennbar sowie tiefentladefest und hat darüber hinaus einen um 50 % kleineren CO2-Fußabdruck als Speichertechnologien auf Lithium-Ionen-Basis. Seine Entwicklung geht auf das Unternehmen HPB (High Performance Battery) zurück, das 2019 von der Wirtschaftswoche in der Rubrik Gründer erwähnt wurde. Ein Entwickler namens Günther, der 30 Jahre im Fraunhofer Institut Akkuchemie erforscht hat, soll eine Substanz entdeckt haben, die dafür sorgt, dass der Elektrolyt, in dem die geladenen Teilchen innerhalb der Batterie wandern, fest wird. HPB könne diese Substanz selbst herstellen und Batterien ein „ewiges Leben verleihen“, hieß es in der Wirtschaftswoche vor nunmehr 3 Jahren.

Batterien ein ewiges Leben verleihen?

Zu HPB gehörte damals wie heute Dr. Thomas Lützenrath. Er ist mittlerweile auch Chief Operation Officer (COO) der Firma SCB. Das Unternehmen mit Sitz in Frauenfeld bei Zürich ist im Februar gegründet worden und hat für die Lizenz des Feststoffakkus 100.000 Euro an HPB gezahlt. Nun soll aus der Entwicklung eine echte Innovation und ein Problemlöser bei der Energiespeicherung werden. In Zürich präsentierte Dr. Lützenrath gemeinsam mit CEO Roland Jung und CFO Peter Koch die Technologie sowie das Geschäftskonzept für die Serienproduktion.

Multimillionen-Investition erforderlich

Dr. Thomas Lützenrath, Roland Jung und Peter Koch (v.l.n.r.) bei der Medienkonferenz in Zürich mit einem Testakku. Bereits in 18 Monaten soll die Serienfertigung des Feststoffakkus in der Schweiz startenDr. Thomas Lützenrath, Roland Jung und Peter Koch (v.l.n.r.) bei der Medienkonferenz in Zürich mit einem Testakku. Bereits in 18 Monaten soll die Serienfertigung des Feststoffakkus in der Schweiz startenDie Gigafactory in der Schweiz soll den neuen Feststoffakku bereits in rund 18 Monaten produzieren. Angepeilt ist zunächst das Hochskalieren auf eine Kapazität von 1,2 GWh. Schließlich sollen es 7,6 GWh werden. Der Umsatz steigt respektive von 318 Mio. auf etwas über 2 Mrd. Franken. Gefertigt wird auf 20.000 Quadratmetern Fläche mit einer prognostizierten Belegschaft von mehr als 1000 Mitarbeitern, sobald die weitreichenden Baupläne verwirklicht sind. In der ersten Ausbaustufe ist eine Investition von 300 Mio. Schweizer Franken (296 Mio. Euro) erforderlich, wie CFO Peter Koch vorrechnet. Für die operative Inbetriebnahme soll noch einmal dieselbe Summe eingesetzt werden. Geldgeber seien Pensionskassen und Fonds, zudem will SCB beim Börsengang im Oktober an der Schweizer Börse einen Aktienerlös von 60 bis 100 Mio. Franken erzielen.

Produktionsstart in 18 Monaten geplant

Der Feststoffakku gilt als Nachfolgetechnologie herkömmlicher Lithium-Ionen-Akkus. Weltweit wird intensiv daran geforscht. Ein Beispiel ist der Feststoffakku-Spezialist QuantumSpace, mit dem Volkswagen zusammenarbeitet, und der mit ähnlichen finanziellen Mitteln arbeitet wie sie der SCB-Geschäftsführung vorschweben.

Bewahrheiten sich die Erwartungen an die neue Akkutechnologie, ist das ein wichtiger Meilenstein, um der Energiewende zum Erfolg zu verhelfen. Auch die Abhängigkeit von fossilen Energieträgern, die angesichts des Kriegs in der Ukraine gerade besonders im Kreuzfeuer der Kritik steht, könnte so schneller als gedacht abgebaut werden.

100.000 Ladezyklen möglich

Während herkömmliche Lithium-Ionen- Akkus altern, weil auf ihren Anoden durch Laden und Entladen eine Deckschicht wächst und dadurch der Innenwiderstand zunehmend steigt und die Leistung sinkt, entsteht beim neuen SCB-Feststoffakku nur beim ersten Laden eine dünne Deckschicht, die fortan nicht mehr dicker wird. Innenwiderstand und Leistung bleiben konstant, heißt es seitens SCB. Und zwar für 100.000 statt nur für 3000 Ladezyklen wie beim Lithium-Ionen-Akku – eine Erhöhung der Lebensdauer um das 33-fache. Technisch soll dies mittels Sättigung der Elektrolytlösung im Akku durch die neu entwickelte Substanz möglich sein, die schließlich auch für die Verfestigung des Elektrolyts sorgt. Im Verlauf des Prozesses wird der Elek­trolyt zur Vermeidung von Luftfeuchtigkeit auf Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt (ca. –270 °C) heruntergekühlt und anschließend wieder auf rund 20 °C erwärmt.

Heim- und Industriespeicher von SCB. Mit Hilfe eines leistungsfähigen Speichers steigt die Energiesicherheit. Zudem kann erneuerbarer Strom flexibel eingesetzt werden. Ein Lastmanagement in produzierenden Unternehmen sollte nicht mehr erforderlich seinHeim- und Industriespeicher von SCB. Mit Hilfe eines leistungsfähigen Speichers steigt die Energiesicherheit. Zudem kann erneuerbarer Strom flexibel eingesetzt werden. Ein Lastmanagement in produzierenden Unternehmen sollte nicht mehr erforderlich sein

Unbrennbar ist der Akku, weil kaum Lithium eingesetzt wird. Nur im Bereich der Kathode wird Lithiumphosphat verwendet. Das erleichtert auch das Recycling. Die Batterie wird thermisch recycelt, sprich: verbrannt, übrig bleiben nur die Metalle.

Metalle bzw. die Metallverarbeitung prägt auch die Serienherstellung der Akkus in der Gigafactory: „Das Gehäuse wird gepresst und beschichtet. Schließlich wird es mit flüssigem Elektrolyten gefüllt“, so Dr, Lützenrath. Der Feststoffleiter zwischen Anode und Kathode besteht dabei überwiegend aus Grafit, wie der Manager verrät. Die Chemie soll u. a. von Brenntag in Basel kommen, das Grafit aus einer Mine in der Türkei, um Regionalität zu gewährleisten.

Unterstützung renommierter Forschungspartner

Messreihe des ZBT der Universität Duisburg-Essen, bei der 100 Ladezyklen von herkömmlichen und SCB-Akkus verglichen wurden. Für Laden und Entladen ergaben sich höhere Anfangskapazitäten und geringere KapazitätsabnahmenMessreihe des ZBT der Universität Duisburg-Essen, bei der 100 Ladezyklen von herkömmlichen und SCB-Akkus verglichen wurden. Für Laden und Entladen ergaben sich höhere Anfangskapazitäten und geringere Kapazitätsabnahmen

„Unsere Testakkus und Funktionszellen zeigen, dass das Verfahren funktioniert“, ist Dr. Lützenrath sicher. Bei der Validierung der Ergebnisse baut seine Firma besonders auf zwei Partner: Die Eidgenössische Material- und Prüfanstalt empa sowie das Zentrum für Brennstoffzellentechnik (ZBT) der Universität Duisburg-Essen. Ergebnisse der empa unterstützen Lützenraths Überzeugung, denn die dort gemessenen Materialeigenschaften des erstmals 2019 entwickelten Festionenleiters haben sich im Verlaufe eines Jahres nur geringfügig verändert. Grund genug für CEO Roland Jung die Entwicklung des SCB-Feststoffakkus in einen historischen Kontext einzubinden. Dies sei ein Moment, von dem man einmal seinen Enkeln erzählen wird, versichert er den versammelten Journalisten.

Ein Gewinn für Gesellschaft, Industrie und Klima

Kommt der Durchbruch, wird es ab kommendem Jahr zunächst Speicher für ­stationäre Anwendungen geben, also Industrie-Speicheranlagen, „um die Strom­spitzen zu kappen“ sowie Speicher für Erneuerbare Energien. Grundsätzlich können die Feststoffakkus aber auch für die Lade­infrastruktur, in Rechenzentren, bei der Mobilität zu Lande, zu Wasser und in der Luft sowie im Bereich Consumer Electronics eingesetzt werden, wofür aber weitere Investitionen erforderlich wären.

Schon, wenn nur ein kleiner Teil der Ankündigungen eintritt, ist der Feststoffakku ein bedeutender Entwicklungssprung in der Batterietechnologie. Denn zu den vielen Vorteilen des neuen Akkus kommen noch die Herstellungskosten hinzu, die durch den Einsatz von Standardrohstoffen um ein Zehntel günstiger sein sollen als die herkömmlicher Lithium-Ionen-Akkus. Dadurch können sich die Einsatzmöglichkeiten sauberer Energie in Gesellschaft und Industrie zunehmend erweitern und an Flexibilität gewinnen, während das Klima von weiter sinkenden CO2-Emissionen profitiert.

Weitere Informationen

  • Ausgabe: 5
  • Jahr: 2022
  • Autoren: Robert Piterek

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