Gewähltes Tag BASF SE

Lithium-Ionen-Batterien der zweiten Generation

Weltweite Forschungen für neue Kathodenmaterialien


Forschungen an Batterien und Akkus haben in den letzten zehn Jahren erheblich an Dynamik gewonnen. Die weltweite Suche nach neuen chemischen Materialien für die Lithium-Ionen-Technologie der nächsten Generation ist angelaufen. Getrieben sind diese Aktivitäten auch durch die rasant wachsende Elektromobilität, die einen Milliardenmarkt im Automobilsektor verspricht. Es geht um leistungsstarke, kompakte Batterien mit wesentlich höherer Lebensdauer als heute. Auch Deutschland will sich in diesem Feld positionieren.

Link-Empfehlungen der Redaktion zu weiterführenden Informationen:

- Bundesforschungsministerium zur Strategie Elektromobilität – Link
– Batterie-Forschungen am Institut für Nanotechnologie des Karlsruher Instituts für Technologie – Link
– Entwicklungen innovativer Kathodenmaterialien in der BASF – Link
– Innovationsallianz “Lithium Ionen Technologie LIB2015″ – Link

Mehr zum Inhalt des Videos:

Lithium-Ionen-Batterien werden bereits milliardenfach produziert. Für Laptops sind sie weltweit standardisiert und kosten heute nur noch 150 bis 200 US-Dollar pro Kilowattstunde. Der Markt ist mit neunzig Prozent Anteil derzeit fest in asiatischen Händen. Für den Einsatz in Elektrofahrzeugen bedarf es aber wesentlich leistungsfähigerer Typen. Ein weltweites Rennen um die Marktführerschaft dieser nächsten Batterie-Generation ist angelaufen. Das erklärte Ziel: In den kommenden sieben Jahren sollen die Batteriekosten pro Kilowattstunde von heute 600 bis 1000 € auf 250 € gesenkt werden.

Die große Unbekannte bei den Lithium-Ionen-Batterien ist derzeit ihre Haltbarkeit. Ihr Einsatz im Fahrzeug erfordert einen längeren Lebenszyklus als bisher. Sie müssen kalte Winternächte wie heiße Sommertage verkraften und selbst bei flotter Vollgasfahrweise einwandfrei funktionieren. Offen auch, wie sich häufiges Tiefentladen nicht leer gefahrener Batterien vor jedem Stromtanken im Dauereinsatz auswirkt. Die Forschungen konzentrieren sich heute vor allem auf die Kathode, weil hier der größte Handlungsbedarf besteht. Rohstoffe machen heute rund 70 Prozent der gesamten Kosten einer Zelle aus. Ein Drittel davon entfällt allein auf die Kathode. Einsparung bei den Materialkosten, das ist die eine Seite der Forschungsanstrengungen. Aber auch Reduzierung des Materialgewichts ist angesagt. Für eine Kilowattstunde an Leistung braucht man heute rund zwei Kilogramm des Kathodenmaterials. Da lässt sich noch so manches Gramm wegrationalisieren.

Wissenschaftler experimentieren bereits mit Materialien für die weitere Zukunft, wobei Nanotechnologie eine große Rolle spielt. Perspektiven für die Entwicklung von Batterien der übernächsten Generation zeichnen sich bereits ab – sowohl hinsichtlich der Leistung pro Gewicht als auch hinsichtlich der Leistung pro Volumen. Lithium-Schwefel und Lithium-Luft gelten dabei als große Zukunftsvision.

© mce mediacomeurope GmbH 2011

Deutschland macht e-mobil

IAA 2011 als Urknall des deutschen Elektroautos 2.0


Deutsche Automobil-Hersteller sind, dank gewaltiger öffentlicher Fördermittel, auf den Geschmack der Elektromobilität gekommen. Auf der diesjährigen Internationalen Automobil-Ausstellung in Frankfurt konnte man bei den großen deutschen Marken von Audi über BMW bis Daimler auf Entdeckungstour gehen.

“Urban Concept” und “Smart forvision” – zwei Beispiele groß angelegter deutscher Konzeptautos von Audi und Daimler – wurden auf der Internationalen Automobilausstellung 2011 erstmals präsentiert. Schon heute sind amerikanische und asiatische Hersteller mit Elektroautos auf dem Markt, die deutsche Autoindustrie ist also spät dran, will aber jetzt verlorenes Terrain wieder wettmachen. Und das, obwohl das Elektroauto einst eine ureigene deutsche Domäne war, fuhren doch schon Anfang des 20. Jahrhunderts Elektromobile aus deutscher Produktion auf den Straßen, darunter aus der Entwicklungsabteilung des großen Pioniers der Elektrotechnik, Werner von Siemens. Auch dieser Konzern entsinnt sich seiner Historie und will wie RWE in dieses zukunftsträchtige Autosegment einsteigen.

Unterstützt wird die deutsche Industrie dabei von der Bundesregierung, die mit vier Milliarden Euro die Elektromobilität zum Leitmarkt entwickeln will. Auch in den Ländern steht das Elektroauto 2.0 hoch im Kurs – allen voran Nordrhein-Westfalen. Im Masterplan NRW mit Kompetenzzentren in Aachen (Fahrzeugtechnik und Produktion), Dortmund (Netze und Infrastruktur) sowie Münster (Batterietechnik) liegt eine dreistellige Millionensumme für Förderung von Forschung und Entwicklung bereit. Mit ihr soll auch der einschlägige universitäre Nachwuchs herangezogen werden.

Noch kann man deutsche E-Autos nicht kaufen, aber Daimler will schon 2012 mit dem Elektro-Smart das erste deutsche Serienauto mit Elektromotor auf den Markt bringen. Für 2013 ist dann mit mehreren Elektrofahrzeugen aus deutscher Produktion zu rechnen.

© mce mediacomeurope GmbH 2011

CO2: Vom Klimakiller zum wertvollen Rohstoff

Kohlendioxid bald wertvoller Rohstoff der chemischen Produktion?


Die Energieversorger produzieren erhebliche Mengen von Kohlendioxid – das hat diesen lebenswichtigen Stoff in Verruf gebracht. Die Industrie sucht inzwischen nach Möglichkeiten, den Abfall bei Verbrennungsprozessen als Ausgangsstoff für die chemische Produktion zu verwerten.

Kohlenstoff ist zum Beispiel die chemische Grundlage für die sogenannten Polyurethane, die uns fast allgegenwärtig umgeben: von Dichtungen über Schaumstoffe in Sitzmöbeln bis zu Hartschaum in Sportschuhen. Der jährliche Verbrauch liegt bei fast 20 Millionen Tonnen. Kohlenstoff ist ein zentraler Baustein der Polyurethane. Bisher wird er aus Rohöl gewonnen. Was, wenn man das “C” aus CO2 herauslösen würde und dann für die Produktion einsetzen könnte? Das Modell klingt in der Theorie gut, ist aber nicht so einfach umzusetzen. Denn im Moment muss man viel Energie aufwenden, um den relativ trägen Kohlenstoff aus seiner Verbindung herauszulösen. Mit Hilfe von hochenergetischen Katalysatoren versucht die chemische Forschung, den Energiebedarf dieses Prozesses zu reduzieren.

In der Energiewirtschaft gibt es zusammen mit der chemischen Industrie zudem Überlegungen, die bei erneuerbaren Energien anfallenden Überkapazitäten der Stromerzeugung für solche chemischen Prozesse einzusetzen. Damit ließen sich die sonst ungenutzten Überschussmengen einer industriellen Verwertung zuführen. Viel Entwicklungsaufwand ist für solche “Dream Productions” – so der Projektname einer Kooperation von Bayer, RWE und Siemens – noch erforderlich.

© mce mediacomeurope GmbH 2011

Carbonfasern für Windpark-Rotorblätter

Infomercial der BASF SE


Die Diskussion um die erneuerbaren Energien steht derzeit im Fokus des öffentlichen Interesses. Die grüne Technologie sucht gleichzeitig nach neuen Methoden, die Produkte der Wachstumsbranche effizienter und damit auch wirtschaftlicher zu gestalten. Forscher der BASF und der Fraunhofer Gesellschaft erproben besipielsweise neuartige Materialien, die Rotorblätter für Windkraftanlagen noch widerstandfähiger machen.

Das Beispiel Off-Shore Windparks in der Nordsee: Kräfte von mehreren Tonnen wirken hier an den Rotorblättern. Um die Wirtschaftlichkeit der Anlagen zu steigern, sollen sie künftig den Elementen der Natur mehr als zwanzig Jahre standhalten.

Die Rotorblätter bestehen heute überwiegend aus Glasfasern: Sie können gewaltigen Kräften trotzen, wenn sie in einem Gewebe miteinander verbunden sind. Verklebt werden sie mit sogenanntem Epoxydharz. Die Substanz wird zusammen mit einem Härter in das Glasfasergewebe der Rotorblätter injiziert. Wichtig dabei ist, dass die Substanz lange genug flüssig bleibt, um das ganze Gewebe zu durchdringen, dann aber schnell aushärtet. Und die Entwicklung geht weiter: Bald sollen vermehrt Carbonfasern die Glasfasern ersetzen. Sie sind leichter und machen so auch den Bau sehr langer Rotorblätter möglich.

© BASF SE 2011