Batterieforschung - Prof. Helmut Ehrenberg

00:00:04:

00:00:25: Hallo und herzlich willkommen zur ersten Folge von Geladen, dem Batterie-Podcast von Daniel Messling und Patrick Rosen.

00:00:32: Grüß dich Daniel!

00:00:35: Unsere Idee hinter diesem Batterie-Podcast ist ja, dass wir die Batterie an sich vorstellen.

00:00:41: Batterieforschung was das eigentlich so genau ist und mit Mythen aufräumen weil da draußen gerade so viel geredet wird über Tesla, über Elektromobilität, über E-Autos und unsere Aufgabe ist es jetzt als Kommunikatoren Batterieforscher zu fragen wie es denn tatsächlich um die Batterietechnik, um Batterien bestimmt.

00:01:02: Ganz genau.

00:01:02: Du aber, das ist der beim Helmholtz-Institut in Ulm und ich nur zwei Kilometer weiter bei dem Exzellenzcluster Polis wo an Batteriematerialien geforscht wird Und deswegen haben wir ganz tolle Gesprächsgäste für die nächsten paar Folgen Die alle in der Batterieforschung zu Hause sind und dass schon seit Jahrzehnten teilweise und da sehr viele Erfolge auch verbuchen können und das sehr gut einordnen können was da gerade passiert.

00:01:26: Was sind das so für Themen die wir so abhandeln in den nächsten folgen?

00:01:30: Also es wird ganz konkret um Sachen wie Batterie Recycling gehen, was gerade sehr viele Leute beschäftigt.

00:01:35: Wenn nicht die Nachhaltigkeit von Batterien genauso aber auch um die Sicherheit.

00:01:40: da ist auch wieder Stichwort E-Mobilität das haben sicher verschiedene Leute so im Kopf.

00:01:44: ist es überhaupt sicher die Batterie darum wir jetzt gehen das mal richtig einzuordnen Aber auch ganz grundsätzlich so um mal die Basics zu erklären wie Batterien funktionieren und was überhaupt Batterieforschung macht.

00:01:56: Und dazu werden wir jede Woche ein Batterieforscher als Experten in diesem Podcast hier begrüßen dürfen.

00:02:01: Unser erster Gast ist hier im Studio Prof.

00:02:04: Dr.

00:02:04: Helmut Ernberg.

00:02:05: Ja, herzlich willkommen!

00:02:07: Herr Ernberg ist Leiter des Instituts für angewandte Materialien-Energiespeichersystem am KIT.

00:02:13: Gleichzeitig ist er stellvertretender Direktor vom Center for Electrochemical Energy Storage Ulm und Karlsruhe Kurt Celeste und er is auch noch Sprecher von Exzellenzklaster Polis.

00:02:23: Ja Herr Ernberg erst mal herzig Willkommen hier

00:02:26: Günter!

00:02:27: Hey Anberg, wir hören in den letzten Tagen sehr viel über Tesla.

00:02:30: Der Battery Day war ein großer Erfolg.

00:02:33: Unsere Telefone stehen nicht mehr still.

00:02:35: Jeder möchte was über Batterietechnik erfahren.

00:02:38: Sie sind ja seit Jahrzehnten Batterieforscher?

00:02:41: Was fasziniert sie persönlich denn an Batterien generell und wie würden sie diesen Hype in den Letztenwochenden einordnen?

00:02:49: Ja also es ist natürlich immer gut wenn man so sein Forschungsthema Wahrnehmung bekommt, die Leute sich für interessieren.

00:02:57: Die Erwartungshaltungen sind natürlich immens, die momentan geweckt werden.

00:03:01: da würde ich sogar gar nicht mal auf den Battery Day so sehr abheben.

00:03:04: schon davor im letzten Jahr mit dem Nobelpreis für Lithium-Ionen-Batterien hat das Nobelpreiskomitee gesagt dass Lithium Ionen Technologie in der Lage ist uns ein Weg aus der fossilen Verbrennung aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe aufzuzeigen.

00:03:20: also tatsächlich wenn man so schön übertrieben sagt die Welt zu retten.

00:03:24: Das heißt, die Erwartungshaltung war schon immens und sie wird jetzt immer weiter gesteigert weil man von dem abstrakten Konzept jetzt immer mehr zu Fahrzeugen zur Alltags-Gegenstände geht.

00:03:36: Und ja das ist natürlich eine hohe Erwartungshaltung.

00:03:40: Wir nehmen auch die vielen kritischen Stimmen wahr.

00:03:42: Die sagen dass kann ja alles gar nicht sein.

00:03:45: Es ist sehr wenig Detailwissen in den Ankündigungen drin.

00:03:51: Also es ist sehr abstrakt, man spricht von Zahlen, Prozentänderung.

00:03:55: Für uns als Wissenschaftler wenn wir dann versuchen das auf die ganzen Fragestellungen, die wir alltäglich haben runterzubrechen sehen wir sind ambitioniert aber nicht unmöglich.

00:04:04: Insofern eine gute Ausgangslage, man hat öffentliche Wahrnehmung und das Thema interessiert Es hat ein riesen Potenzial tatsächlich auch etwas zu bewegen Und die Herausforderungen sind immens, aber nicht unmöglich.

00:04:16: Also eine gute Ausgangslage für Wissenschaftler.

00:04:18: Fangen wir doch mal vielleicht mit den Basics an.

00:04:21: Ich glaube viele Hörer fragen sich wie funktioniert eigentlich so eine Batterie?

00:04:24: Vielleicht können Sie das mal runterbrechen als ob sie es vielleicht einem sechsjährigen Kind zu erklären würden.

00:04:29: Geht das überhaupt?

00:04:30: Ja, das könnte gehen!

00:04:33: Der einfachste Vergleich, der hinkt natürlich.

00:04:35: Einfache Vergleiche hinken immer aber das lassen wir mal außen vor.

00:04:37: Also man kann das mit Wasser Stromfluss einfach mit Wasser vergleichen.

00:04:41: Wenn ich Wasser hochpumpe läuft es von allein wieder runter Wenn ich dann noch sehe gerade im sechsjährigen Kind Das kennt einen Sandkasten ganz gut Das weist wenn Wasser oder Sand von oben nach unten durch so eine Mühle geht.

00:04:52: Dann treibt er so ein Müllrad an Gut vom Müllrat zum Generator vielleicht beim Fahrrad macht.

00:04:57: Licht Kann man sehr leicht sehen wenn etwas von einer Höhe nach unten rieselt, ist es in der Lage Strom zu erzeugen, Licht anzumachen und was zu bewegen.

00:05:07: Und so kann man sich auch eine Batterie vorstellen.

00:05:10: statt dem Sand oder Wasser sind das halt Elektronen.

00:05:13: wir pumpen Elektron auf ein höher energetisches Niveau und wenn wir sie brauchen lassen wir sie halt runterlaufen also in einem niederenergetischen Zustand.

00:05:23: die Energie die dabei frei wird können wir nutzen als Strom.

00:05:26: Das wäre so die simpelste Art und Weise um ne Batterie zu beschreiben.

00:05:29: Wir haben verschiedene Energieniveaus für Elektronen.

00:05:33: Wir pumpen sie beim Laden in einen höher energetischen Zustand, beim Entladen wechseln Sie ihn ein niederenergetischeren Zustand und den Energieunterschied können wir

00:05:41: nutzen.".

00:05:42: Ja jetzt sind hier schon ganz viele Termini gerade gefallen.

00:05:44: vielleicht beschreiben wir doch noch mal die Lithium-Mion-Batterie das Modell was ja würde ich sagen... Das Element heißt

00:05:51: Lithium.

00:05:54: Ich bin ein anorganischer Chemiker.

00:05:56: jetzt, ich bin in die anorganische Chemie berufen da muss ich drauf bestehen.

00:05:59: Lithium kommt von Litos der Stein und es ist nicht Lithium sondern Lithium!

00:06:04: Wieder was dazu gelernt?

00:06:05: Also beschreiben Sie kurz die Lithium-Ion-Batterie für unsere Hörer aus.

00:06:09: was besteht denn eigentlich eine Batterie?

00:06:12: Batterie ganz generell hat zwei wesentliche Bestandteile, eine positive und negative Elektrode.

00:06:17: Um aber jetzt Elektronen von der einen Schublade in die andere zu pumpen brauche die Möglichkeit, die Elektronen zu erreichen.

00:06:25: Das heißt was ich von außen einer Batterie sehe das sind ja die Pole, das sind so Metallkappen.

00:06:30: mit dem trete ich sozusagen mit dem Innenleben der Batterie in Verbindung und dann muss sich erstmal vor diesem Kontakt dahin kommen wo ich die Elektroden bewegen kann.

00:06:39: Das heisst ich habe erst mal einen Strom Ableiter oder Stromsammler, dass ist der Weg wo der Strom vom Außen in das Innenleben an die Stellen kommt wo dann auch chemische Reaktionen stattfinden.

00:06:51: Die chemischen Reaktionen finden in sogenannten Elektroden statt.

00:06:55: Das ist ein Begriff, den hat man vor langer Zeit eingeführt um etwas mehr Klarheit reinzubringen weil eben unter einem Pool oder so da versteht jeder was anderes.

00:07:05: das kann Nordpol und Südpol sein.

00:07:07: deswegen hat... ach das geht noch auf Facher D zurück also einige hundert Jahre schon die Begriffe eingefört.

00:07:15: eine Elektrode ist eine Grenzfläche.

00:07:16: das heißt auf der einen Seite haben wir elektronischem Stromtransport und auf der anderen Seite einen jonischen.

00:07:23: Und das ist das entscheidende in der Batterie, dass der Stromtransport an einer Grenzfläche seine Ladungsträger ändert.

00:07:31: Wir haben eben elektrochemische Reaktionen, das ist ganz normal Chemie.

00:07:35: Das heißt Elektronen gehen Bindungen ein, Bindung werden verändert und dadurch haben eben Elektroner verschiedene Energieniveaus.

00:07:43: Und Elektron tragen eine Ladung,

00:07:46: d.h.,

00:07:46: die sind auch Träger des Stroms.

00:07:48: Das heißt, über den Elektronentransport, den wir von außen durch ein Ladegerät vorgeben können, trickern wir die chemischen Reaktionen in eine Elektrode.

00:07:57: Wir brauchen aber auch damit der Stromkreis in der Batterie geschlossen wird – damit man überhaupt diese großen Mengen an Energie in eine vergleichsweise kleine Zelle reinbekommen – eine Ladungsneutralität.

00:08:07: D.h.,

00:08:08: wir brauchen auch in der batterie nicht nur die Elektronen als Ladungsträger sondern auch noch Jone als Ladungssträge, die den Stromkreisten schließen.

00:08:18: Und das ist auch das, wo sich die Batterien unterscheiden.

00:08:21: Bei einer Lithium-Ionen-Batterie werden innerhalb einer Zeller Lithium ion bewegt durch einen sogenannten Elektrolyten und bei einer Natrium-Baterie werden es in den Natriumion, bei der Magnesium-Baderie Magnesiomion, Aluminium- Baderie, also so gibt es verschiedene chemische Realisierung, chemische Konzepte, die sich dadurch unterscheidet welches Cion den Stromtransport in einer Batteriezeller ermöglicht.

00:08:50: Herr Patrick, du hast ja gerade schon angesprochen wir kennen eigentlich immer nur das Gehäuse.

00:08:54: wie ist es denn Herrn Berg?

00:08:57: Wie viel Prozent macht denn jetzt wirklich das Speichermaterial bei so ner Lithium-Ionen-Batterie aus?

00:09:02: Das ist ganz unterschiedlich sagen wir mal als Zielgröße soviel wie möglich.

00:09:07: der Energieinhalt den wir in einem bestimmten Volumen oder einen bestimmten Gewicht speichern können wird durch das sogenannte Aktivmaterial bestimmt.

00:09:15: aktiv, weil das an der chemischen Reaktion die die Energiespeicherung verursacht teilnimmt.

00:09:21: Aber wir brauchen auch passive Komponenten.

00:09:22: Ich hatte den Strom Ableiter schon erwähnt.

00:09:24: Das Gehäuse Der Elektrolyt ist auch in diesem Sinne ein Passive Komponente obwohl er für den Junentransport verantwortlich ist aber halt nicht an elektroschämische Reaktionen.

00:09:33: Das heißt den wollen wir auch minimieren.

00:09:37: Aktuell gibt es ganz verschiedene Zellkonzepte je nachdem für welche Anwendung eine Zelle ausgelegt wird und da sind eben gerade die Stellschrauben, an denen noch sehr viel Optimierungspotenzial besteht.

00:09:49: Sie können Batterie so auslegen, dass sie möglichst hohe Ströme ermöglicht und haben eine hohe Leistungstichte in der Batterie realisiert.

00:10:01: Da brauchen sie dann mehr Komponenten, die den Stromfluss ermöglichen auf Kosten der Aktivmaterialien.

00:10:07: Wollen sie einen hohen Energieinhalt haben sind aber bereit mit kleineren Strömen also länger zu laden arbeiten, dann haben sie mehr Aktivmaterial und reduzieren die Komponenten, die den Stromfluss ermöglichen.

00:10:20: Also mit einer Zahl kann man das wenig nicht beantworten.

00:10:23: Das kommt auf die Anforderung an für die eine Zelle ausgelegt wird.

00:10:27: Und man kann sagen Gehör der Aktivanteil ist des Materials, dass aktiv die Energie speichern kann umso höher wie die Energiedichte.

00:10:35: aber wenn ich eben Lebensdauer verbessern will oder die Stromdichte Dann muss sich da Abstriche machen.

00:10:41: also das sind wir klassisch bei dem Dilemma Wir müssen für jede Anwendung eine Zelle optimal auslegen.

00:10:46: Ja, dann machen wir es doch mal ganz konkret.

00:10:49: Wie ist das denn bei einem Handy-Akku?

00:10:51: Der ist auf Energiedichte, auf gravimetrische, also pro Gewicht optimiert.

00:10:56: Deswegen nimmt man dort auch ganz bestimmte Materialien die das ermöglichen.

00:11:00: Das ist sehr bekannte Lithium Kobaltoxylt, dass auch schon das Material war, was in der ersten Lithium-Ion-Batterie von Sony in den Neunzehnten neunzig verwendet wurde.

00:11:10: Da haben wir praktisch die Timkobalt-Oxhydren, das hat eine möglichst hohe gravimetrische Energiedichte auf Zellebene zur Folge.

00:11:20: Hat aber verschiedene andere Nachteile.

00:11:21: also zum Beispiel Kobaltverfügbarkeit würde uns gar nicht erlauben diese Zellchemie auf die gesamte Elektrobobilitätsflotte auszurollen.

00:11:31: Also da kommen wir allein schon von der Verfügung her in Engpässe und dann müssen wir halt immer gucken für welchen Zweck legt man eine Zelle aus?

00:11:38: Die Tumkobalt Oxyd ist auch nicht das sicherste Material.

00:11:41: Das hat eine intrinsischer, so ein in sich wohnende Instabilität im hochgeladenen Zustand.

00:11:48: Man hat ja schon von gehört dass man kommt sehr selten vor was kommt manchmal vor?

00:11:53: Dass ein Handy tatsächlich auch qualmt oder sogar Feuer fängt.

00:11:57: Das liegt fast immer daran, dass im geladenen Zustand sogenanntes Thermal Runaway ausgelöst wird und da ist die Tumkobalt Oxyd nicht das optimale Material.

00:12:08: Also beim Handy sagt man auch, das ist die Batterie nicht so groß.

00:12:12: Das kann man beherrschen.

00:12:13: Da ist das Risiko beherrschbar.

00:12:15: Wenn Sie aber jetzt ein Großformatiker zählen in Elektrofahrzeugen denken da hätten sie schon eine erhöhte Sicherheitsrisiko wenn sie die mit derselben Zellchemie fahren würden.

00:12:26: also da müssen wir deutlich unterscheiden.

00:12:29: Eine Handy-Batterie ist wie für einen Notebook auf den Energienhalt pro Gewicht optimiert Und daraus leitet sich dann auch ab, wie man eine solche Zelle auslegt.

00:12:41: Wir kommen gleich nochmal auf die Sicherheit von Lithium-Mion Batterien zu sprechen.

00:12:45: ich möchte aber vorher noch ein kleiner Anekdote erzählen.

00:12:48: in ihrem Forscherleben war Sicherlich das letzte ja ein außergewöhnliches.

00:12:52: Dort standen sie bei einer Batteriekonferenz in Ulm neben dem derzeitigen Nobelpreisträger für Chemie, dem Stanley Whittingham und zwar waren Sie tatsächlich bei den Moment anwesend als er mitgeteilt bekommen hat dass er der nächste Nobelpreis Träger eben sein soll.

00:13:09: Er gilt als einer der Miterfinder der Lithium-Ionen-Batterie und ich durfte ihn ganz persönlich als erste interviewn.

00:13:17: und da hören wir ganz kurz mal rein So Professor, du hast nur den Nobelpreis gewonnen.

00:13:24: Wie fühlst

00:13:25: du dich?

00:13:25: Great!

00:13:26: Was ist in dir drin und was passiert da?

00:13:28: Es ist alles schon im Inneren geblieben, so ein bisschen zu spazieren, aber ich denke es hat einen tollen Rekognition für Lithium-Batterien und wie wichtig

00:13:39: sie sind.

00:13:39: Also was willst du jungen Forschern sagen auf dem Field von Lithiumion-Baterien?

00:13:44: Fühlen Sie sich an, nicht für das Geld, sondern für die Wissenschaftler, die

00:13:49: ihnen angreifen.

00:13:52: Was ist es mit Lithium-Ion Batterien

00:13:55: möglich?

00:13:56: Wir können die Energie in der Strecke machen, um den Preis zu kürzen.

00:14:01: Das macht sie viel besser als wir heute sind und das macht ihnen sicherer.

00:14:05: Habt ihr eure Wife gesagt?

00:14:08: Ich habe versucht zu holen, aber sie ist noch schlafen.

00:14:09: Sie

00:14:09: ist schon schlafer?

00:14:11: Okay, so congratulations once more!

00:14:14: Herr Ehrenberg.

00:14:15: Er hat im Interview ganz klar gesagt, dass zum letzten Jahr tatsächlich immer noch er erwarten würde den Preis von Lithium-Millionenbatterien nochmal um fünfzig Prozent zu reduzieren und gleichzeitig die Dichte zu verdoppeln.

00:14:31: Jetzt habe ich mich natürlich auch im Kollegenkreis umgehört Und da gibt es einige Leute, die da tatsächlich ein bisschen dran zweifeln.

00:14:37: ist das immer noch möglich?

00:14:40: Oder ist das eine sehr optimistische Sichtweise des Nobelpreisträgers?

00:14:45: Halbieren, verdoppeln setzt ja immer voraus, dass man sich erst mal auf die Bezugsgröße einlegt.

00:14:50: Wenn wir die Werte nehmen, die wir kommerziell verfügt beim letzten Jahr haben – ist das sicher realistisch!

00:14:57: Was die Energiedichte angeht, da müssen wir immer unterscheiden zwischen Energie pro Volumen oder Energie pro Gewicht.

00:15:05: Da gibt es natürlich dann im Detail auch Unterschiede.

00:15:07: Aber in der Größenordnung, dass wir hier noch eine Verdopplung zum Stand von letztem Jahr hinbekommen können ist realistisch extrem ambitioniert.

00:15:14: da kommen wir dann aber auch an die theoretischen Grenzen was einer Lithium-Ionen Technologie leisten kann.

00:15:19: Aber das machbar Preis, da müssen wir natürlich vom Kosten reden.

00:15:23: Preis ist ja etwas ganz anderes als Kosten.

00:15:25: also wir reden ja glaube ich von der Kostenreduzierung.

00:15:29: Da ist wesentlich mehr noch drin als das zu halbieren.

00:15:33: Das hören wir auch in anderen Ankündigungen.

00:15:36: Da liegt er eigentlich auch ganz gut im Schnitt mit halbieren, das ist ziemlich sicher machbar.

00:15:42: Wie weit man wirklich kommen kann.

00:15:44: also beim kosten ist es schwieriger die untere grenze tatsächlich zu fassen.

00:15:50: Das ist bei der energetischte leichter weil da einfach wenn nur die aktiv Materialien zählen haben wir theoretischen Grenzwert der nicht überschritten werden kann.

00:15:58: Wir können die Passivkomponenten minimieren aber Nicht ganz auf null, aber höher als das was die Aktivmaterialien selbst können wird man nicht kommen.

00:16:06: Da haben wir insofern eine belastbare obere Grenze.

00:16:09: bei den Kosten hängt es natürlich sehr stark davon ab welche Rohstoffe verwendet werden welche Produktionsprozesse benötigt werden.

00:16:17: da ist es etwas schwieriger weil da ist auch nur Dynamik natürlich streng.

00:16:22: Rohstoffkosten hängen auch von Angeboten Nachfrage ganz massiv ab wie fast alles.

00:16:27: Das heißt wenn die Nachfrage nach einem bestimmten Element, nach einem stimmten Rohstoff massiv steigt und wir reden ja jetzt von einer Massenanwendung dann schlägt sich das natürlich auch in den Kosten der Rohstoffe wieder.

00:16:38: Da dann genau zu sagen wo können wir...wie weit können wir da runter kommen?

00:16:43: Das ist so einfach nicht.

00:16:45: aber die Halbierung der Kosten ist auch von Stan sicher eine sehr defensive Schätzung.

00:16:52: Also da gibt es auch Schätzungen, die noch deutlich weitergehen und das ist durchaus auch möglich.

00:16:58: Ich meine wir müssen uns nur angucken gelingt es uns Kobalt dann perspektivisch vielleicht auch Nickel Perspektivich vielleicht auch Kupfer aus der Zelle raus zu bekommen Und trotzdem die Leistungskenndaten in dem Bereich zu lassen wo sie sind?

00:17:12: Dann haben wir auf der Kostenseite sehr viel gewohnt.

00:17:15: Die Produktionsprozesse Da ist auch noch ein Riesenpotenzial um Kostensenkung zu machen.

00:17:21: Insofern ja also die Halbierung der Kosten ist glaube ich, das könnte man schon als Roadmap fast als Mainstream ansehen.

00:17:31: Das ist das was wir erwarten.

00:17:32: Ich greife den Ball mal auf.

00:17:33: Wir sitzen hier im Post Lithium Storage Excellence Cluster Polis.

00:17:38: Hier beschäftigt man sich mit allen Materialien Post der Lithium, Lithium-Erreinschuldigung verortet sind.

00:17:47: Wie sehen Sie das denn?

00:17:48: Wir haben ja gesehen dass Lithiumabbau, Kobaltabbau tatsächlich problematisch ist.

00:17:54: deswegen wird hier geforscht an eben Materialien die diese Elemente eben nicht mehr brauchen.

00:17:59: wie weit ist man da und ist das potenziell tatsächlich denkbar dass wir irgendwann Batterien zum Beispiel in Autos verwenden die kein Lithium mehr beinhalten.

00:18:10: Das tun wir ja heute.

00:18:11: Also jeder von uns, der ein Auto fährt, fährt mit einer Batterie die fast kein Lithium enthält – so genannte Ply-Battery.

00:18:18: Ply ist nun auch nicht gerade das was man sich als nachhaltiges Element in einem Massenartikel wünscht.

00:18:25: Das hängt immer von dem Anforderungsprofil an und was wir brauchen.

00:18:29: Die Lithium-Johnen-Technologie ist vor allen Dingen für die Kombination aus hoher energetischte und hoher leistungstichte auf absehbare Zeit die Methode der Wahl Hohe Effizienz.

00:18:40: Das heißt, wir kriegen viel Energie wieder zurück wenn wir es auch eingesteckt haben die wir als Strom dann tatsächlich nutzen können also nicht eine Heizung produzieren.

00:18:50: Dafür sind die Lithium-Ionen Technologie und dafür sind die Lithium Zellen die besten.

00:18:53: Also Kombination aus energiedichte und leistungsdichte Und hoher energieeffizienzt das sind die drei Kriterien.

00:19:00: Dann kommen sie zur Lithium Union Technologie.

00:19:03: dass ist gerade.

00:19:03: für die Elektromobilität sind das drei ganz wichtige Aspekte und deswegen treibt auch die Elektromobilität, die Entwicklung der Lithium-Ionen-Technologie.

00:19:14: Würden wir jetzt alle Batterien auf Lithium-, Ionen-Zellen umstellen?

00:19:17: Dann kämen wir eben in Versorgungsprobleme.

00:19:20: Dann ist die Frage, lohnt sich nicht ein anderes Speicherkonzept das vielleicht etwas schwerere Batterien zur Folge hat.

00:19:30: Batterien werden vielleicht ein bisschen größer aber die Rohstoffe sind vielleicht verfügbarer preiswerter und die ganze Zelle ist vielleicht einfacher zu handen haben.

00:19:38: Dann ist das für viele andere Anforderungen, wenn wir zum Beispiel einen Heimspeicher denken oder bei erneuerbaren Energien an Windparks wo Energie einfach zwischengespeichert werden muss.

00:19:50: Da können andere Lösungen wirtschaftlicher nachhaltiger sein als vielleicht die vermeintlich beste nach den zuvor genannten Kriterien.

00:19:57: Das heißt, die Suche nach Alternativen zur Lithium-Johnenzellen wird vor allen Dingen dadurch getrieben durch den Erfolg der Lithium Johnzellen und dass man eben Alternatifen braucht Weil man mit diesen Rohstoffen nicht alle Batterien, nicht den gesamten Bedarf der Energiespeicherung wird decken können.

00:20:15: Das heißt die Nachfrage wird eigentlich durch den Erfolg der Lithium-Ionenzelle selbst angetrieben und wir werden in Zukunft auch noch andere Zellen sehen.

00:20:25: Wir sehen ja jetzt schon anderes.

00:20:26: Es gibt ein Riesenportfolio an verschiedenen Zellen.

00:20:29: Meistens kennen wahrscheinlich Nickelcut-Bion-Batterien aber es gibt auch viel mehr.

00:20:35: Konzepte.

00:20:36: Und die sind auch im Bereich von E-Autos denkbar und werden auch schon produziert?

00:20:40: Die

00:20:40: ersten Batteriezellen, die in Elektroautos eingesetzt wurden waren Nickelmetallhydrithmaterien oder alkalische Batterie.

00:20:48: Also ja, die gibt es, die werden eingesetzt aber das Bessere ist immer der größte Feind des Guten.

00:20:56: Die Lithium-Technologie ist einfach hier überlegen.

00:20:58: Also wenn wir jetzt über Elektrofahrzeuge reden, reden wir über die Lithium Technologie und das werden wir auch in zehn und zwanzig Jahren noch so tun.

00:21:06: Oh, damit habe ich nicht gerechnet, dass Sie das jetzt konkret sagen?

00:21:09: Ja, das sind einfach

00:21:11: die Kenngrößen, die dafür relevant sind im Elektro Fahrzeug.

00:21:15: Ich brauche Platz und da bin ich keine besonders große Zelle.

00:21:18: Das heißt, ich hab als Zielgröße ganz klar Würfel Energie bekomme ich in ein bestimmtes Volumen hinein.

00:21:24: Das Gleiche gilt auch fürs Gewicht, ich will jetzt keinen Schwertransporter machen nur um meine Energie für mein Fahrzeug anzutreiben mit mir zu transportieren und ja kosten Sie natürlich auch ein Thema aber ich brauche auch eine möglichst schnellartig Fähigkeit.

00:21:39: schnell zu laden bedeuteten hohe Leistungstichte Und da sind die Thymionen eben die Zellen.

00:21:44: momentan und das werden sie auf absehbare Zeit sein der Energiespeicher der Wahl Aber für andere Anwendungen brauche ich eventuell oder diese Kriterien so nicht.

00:21:55: Oder ganz anders gewichtet, wenn ich in einem Heimspeicher habe, meine Photovoltaikanlage auf dem Dach und will die Energie nachts, nachts hab' ich da wenig aber tagsüber zwischenspeichert damit ich sie nachts habe dann ist mir eigentlich egal wie welches Gewicht meine Zelle hat, die steht irgendwo im Keller und ob das hundert Kilo oder eine Tonne Das ist zweitraglich.

00:22:15: Natürlich muss ich den Material Einsatz angucken, wenn nicht mehr Material verarbeite bin ich wieder auf der Produktionsseite was auch die Kosten treibt.

00:22:21: aber da komme ich zu anderen diversifizierteren Portfolio an Zellchemien, die ich einsetzen kann und das ist das Hauptanliegen ja auch von Polis hier die Basis zu verbreitern.

00:22:32: es geht nicht darum die Tribunzelle zu vertreiben oder irgendwo zu verdrängen sondern es geht um die Basiss zu verbereitern damit wir eben im Massenmarkt überhaupt mit die Zellen reingehen können, ohne dass wir Engpässe haben.

00:22:47: Kommen wir mal wieder zurück zu Batterieforschung.

00:22:50: Wie muss man sich das denn vorstellen so den Alltag eines Batterieforsches?

00:22:53: Das ist ja ein sehr interdisziplinärer Bereich also mit ganz vielen verschiedenen Fachrichtungen von Ingenieuren über Chemikern, Physiker Mathematiker und so weiter.

00:23:04: wie läuft es genau ab?

00:23:06: Batteriefurchung?

00:23:07: Man liest sehr viel in der Literatur.

00:23:09: was machen andere?

00:23:11: nicht weil man's nachmachen will sondern muss ja lernen, was alles nicht funktioniert und vielleicht manche Sachen auch die funktionieren.

00:23:17: Also die Fachliteratur berichtet hauptsächlich was nicht klappt.

00:23:21: insofern wir haben so viele verschiedene Dinge schon ausprobiert.

00:23:25: es ist jemand gut beraten bevor er jetzt konkret etwas forscht erstmal zu gucken hat das schon mal einer vorher gemacht?

00:23:32: das heißt nicht dass man es dann nicht nochmal machen kann weil vieles kann man ja mit nur außen anders machen schafft man vielleicht genau Ein Hindernis zu überwinden, dass jemand anderes nicht geschafft hat.

00:23:41: Kann auch sein das was falsch war.

00:23:43: also es lohnt sich durchaus auch mal etwas zu machen was schon mal beschrieben war.

00:23:47: aber zunächst macht man erst einmal eine Übersicht Was ist schon gelaufen in dem Sektor?

00:23:52: und dann habe ich zwei ganz verschiedene herangehensweise eine eher entwicklungsorientierte da hab ich ne fragestellung im vordergrund stehen zum beispiel eben bei einem elektrofahrzeug ich will eine bestimmte reichweite ich brauche eine bestimmten ziehegröße.

00:24:05: Dann suche ich mir aus welche konzepte welcher zugrunde legende Chemie kann überhaupt perspektivisch da hinkommen.

00:24:11: Da fällt das meiste ja schon raus.

00:24:13: Ich kann aber auch nur Open Sky, wie man so sagt oder auf Deutsch einfach ins Blaue herein mal forschen.

00:24:20: ich such mir ein interessantes Phänomen.

00:24:21: Das ist vor allen Dingen bei Physikern die typische hervorgehensweise.

00:24:24: ich schaue nach Effekten und Phänomene Und fragt zunächst einmal überhaupt nicht Ist es für irgendetwas gut?

00:24:30: Ich gucke mir das erstmal an und will das verstehen und vielleicht wird dank daraus irgendeine Anwendung.

00:24:35: So ist unheimlich viel passiert vom Laser über Übers Funken.

00:24:39: das war ja alles nicht zielgerichtete Entwicklung, dass man alles ins blaue herein geforscht.

00:24:44: die Anwendung kam dann später.

00:24:46: Also da sind so die beiden natürlich grundlegenden Unterschiede Entwicklungsorientiert, da steht eine Fragestellung der Anforderungen im Vordergrund.

00:24:53: oder ins Blaue einfach Phänomene verstehen Und dann später, wenn es immer ein bisschen verstandener Baster geht.

00:24:59: Dann haben wir immer noch überlegen, wofür könnte das denn jetzt gut sein?

00:25:02: Das sind so die zwei ganz groppen extremer und da dazwischen bewegt sich tatsächlich auch der Arbeitsalltag des Wissenschaftlers.

00:25:09: Und wie ist das jetzt, wenn ich eine spannende Batterieentwicklung habe, wie lange dauert so was dann wirklich bis das in die Industrie transferiert wird oder dann sogar vielleicht auch mal auf den Markt kommt?

00:25:20: Ganz einfach gesagt, das dauert sehr lange!

00:25:23: Als ich dir vom Dreamliner gehört habe, dass der am Boden bleiben muss, weil es ein Problem mit einer qualmenden Batterie gab.

00:25:30: Dann hab' ich als zweites gelesen das war eine Lithium-Covalt Oxyd-basierte Batterie.

00:25:34: Da ich mir gedacht, das kann doch wohl nie wahr sein!

00:25:36: Das ist doch schon seit zehn Jahren nicht mehr das woran wir forgen als Material.

00:25:39: Wenn man dann aber mal fragt wie lange dauert es bis ein neuer Werkstoff in die Automobilindustrie kommt tatsächlich in den Seelenfahrzeug oder gar im Flugzeug?

00:25:50: Selbst wenn er ausentwickelt ist Im Labor braucht das noch zehn Jahre, bis du da überhaupt dieser Werkstoffeingang findet in ein Massenprodukt.

00:26:01: Und da könntest du einfach überlegen, wenn sie jetzt ein neues Konzept überlegen oder nicht bei die Werkstoffen optimiert sind?

00:26:07: Wie lange dauert es, bis Sie das kaufen können?

00:26:10: Zwanzig Jahre bestimmt!

00:26:12: In den ersten Jahren kamen die erste Lithium-Ionenzelle auf den Markt.

00:26:16: Zwei Tausend Neunzehn, dreißig Jahre später knapp sagt der Nobelpreisträger, der sie erfunden hat wenn man so will.

00:26:24: Da ist noch locker ein Faktor zwei nach oben drin.

00:26:26: recht hat er ja das.

00:26:28: sehen Sie wie lange die Entwicklungszüglichen sind.

00:26:31: also allein Werkstoffe in eine Anwendung reinzubringen da ist.

00:26:36: sie müssen Zulassungsverfahren durchlaufen Tests Lebensdauertests sie müssen wissen wie versagt ein Werkstoff was passiert am Lebensende?

00:26:44: Wenn Sie das nicht wissen gerade bei einer Batterie sehr gefährlich.

00:26:48: Eine Zelle, Batterie ist klar.

00:26:50: Irgendwann lädt sie nicht mehr und muss er ausgetauscht werden.

00:26:53: Das ist okay das akzeptieren wir.

00:26:55: alles ist endlich in der Lebensdauer der Mensch auch.

00:26:57: irgendwann müssen wir sterben.

00:26:58: damit müssen uns abfinden.

00:27:00: aber die Frage ist wie wenn die Zelle am Ende nicht mehr zu laden ist es ärgerlich den wird es ersetzt.

00:27:06: Wenn's aber am ende explodiert dann ist das nicht ärgerlig.

00:27:09: dass es nicht akzeptabel das darf nicht sein.

00:27:11: das heißt wir müssen eigentlich über die gesamte Lebensdauern Auch eine neue Technologie verfolgen bevor Sie tatsächlich Marktreif ist.

00:27:19: Und das es gerade bei Lithium-Ionenzellen jetzt die Lebensdauern von zwanzig Jahre und länger haben, kann nicht mehr so einfach!

00:27:26: Wenn sie zwanziger Jahre warten wollen bis sie wissen was am Lebensende passiert ja dann warten sie zwanzig Jahre.

00:27:31: Das sind wir aber auch in den typischen Entwicklungszyklen.

00:27:33: also man darf nicht erwarten dass das was jetzt zum Beispiel in Polis geforscht wird in fünf Jahren zu kaufen ist.

00:27:40: Jetzt haben sie gut dargestellt, wir müssen alle ein bisschen Geduld haben.

00:27:42: Das sind längere Zyklen mit denen wir hier rechnen müssen das nachhaltige neue Batterien auf den Markt kommen entwickelt werden aus der Forschung.

00:27:51: wo sehen Sie denn die Schwerpunkte sag ich mal der Batterieforschung in zehn Jahren?

00:27:56: Das ist eine sehr gute Frage.

00:27:57: wenn man in die Zukunft guckt ist es gar nicht verkehrt mal nach hinten zu gucken.

00:28:01: Ich mal überlege welche.

00:28:03: was hätte ich denn vor zehn jahren geklaut?

00:28:05: wobei heute sind Und da befinde ich mich in sehr guter Gesellschaft, denn wir alle kotten falsch gelegen.

00:28:11: Die Entwicklung der Batterie hat sich so rassant fortbewegt das hatte keiner auf dem Schirm.

00:28:18: Insofern bin ich sehr vorsichtig mit der Prognose jetzt zehn Jahre in die Zukunft.

00:28:23: Da kann so viel passieren Was wir jetzt noch nicht vorsehen können.

00:28:28: Zehn Jahrespläne halte ich für sehr sehr ambitioniert.

00:28:31: Wir werden uns den Zielgrößen nähern Tesla oder ein Stanley Whittingham jetzt formuliert haben.

00:28:40: Wir werden uns der theoretischen Energiedischte der Zellen annähern, ob wir da jetzt auf Achtzig neunzig oder fünfneinzig Prozent des theoretischen Grenzwests kommen sei mal dahingestellt.

00:28:50: Wären wir tun?

00:28:51: Wir werden auch neue disruptive Veränderungen sehen von denen wir auch in zehn Jahren noch nicht abschließend sagen können das wird mal was.

00:28:58: oder dass war ein Flop.

00:29:00: parallel geht die Welt auch außerhalb der Batterie weiter.

00:29:04: Ich halte auch Vorlesung über Wasserstoff als Energieträger.

00:29:08: Ja, ich sage einmal in hundert Jahren ist Wasserstoff unser wichtigster Energietrager entweder als Elementwasserstoff oder in chemischen Verbindung.

00:29:16: aber langfristig wird Wasserstoff eine große Rolle spielen Aber nicht in zehn Jahren.

00:29:21: Ganz sicher nicht.

00:29:21: das wird länger dauern Insofern mit Prognosen was in zehn jahren ist.

00:29:26: aus der Erfahrung der letzten zehn Jahre Müsste sich da kein konkretes Statement abgeben.

00:29:31: Ich hoffe, dass weiterhin die Entwicklung schneller geht als Leute wie ich erwarten.

00:29:38: Das würde dem Planeten der ganzen Menschheit sehr gut tun aber versprechen möchte es nicht.

00:29:44: Okay, wir sind jetzt am Ende angelangt und zwar haben wir eine immer wiederkehrende Kategorie.

00:29:51: Sie dürfen unserem nächsten Gesprächsgast eine Frage stellen und zwar in der nächsten Folge werden wir das Thema Batterien für die Elektromobilität behandeln mit Professor Maximilian Fichtner da ein Kollege von Ihnen den sie auch schon jahrelang kennen.

00:30:04: und ja jetzt haben sie Gelegenheit ihm eine Frage zu stellen, die wir dann nächstes Mal mit ihm erörtern werden.

00:30:11: Maximilian Fichtner hat vorgeschlagen, Magnesium-Schwefel basierte Batterien auf den Markt zu bringen.

00:30:18: In meiner Zuständigkeit liegt das Fertigen von Zellen.

00:30:22: Ich bin sehr froh wenn ich Material geliefert bekommen dass wir in großformatige Zellen testen dürfen.

00:30:28: Meine Frage an Ihnen ist wo können wir da noch helfen?

00:30:31: Dass es noch schneller geht.

00:30:32: Ja liebe Zuhörer und Zuhöre!

00:30:33: Wenn Sie die Antwort auf diese Frage von Herrn Fichtener hören wollen dann schalten sie auch das nächste mal wieder ein.

00:30:39: Wenn Sie jetzt Fragen an Herrn Prof.

00:30:41: Ehrenberg haben, dann melden sie uns doch einfach Ihre Frage zu und zwar an patrik.rosen.kit.edu.

00:30:49: Wir leiten die dann weiter oder an daniel.messlingatkit.edu.

00:30:53: Vielen Dank fürs Zuhören!

00:30:54: Vielen vielen dank fürs Kommen Herr Professor Ehrenberg.

00:30:56: Bis zum nächsten Mal hoffe ich bis dahin alles Gute.

00:30:59: Ja vielen Dank.

00:31:00: Waren wir dann für Knögen?

00:31:01: Vielen Dank für die Aufmerksamkeit Geladen der Batterie Podcast mit Daniel Messling und Patrick Rosen.

00:31:21: Dieser Podcast wurde produziert vom Center for Electrochemical Energy Storage Ulm und Karlsruhe, kurz CELESC.

00:31:28: Eine Forschungsplattform des Karls-Rohr Instituts für Technologie der Universität Ulm & des Zentrums für Sonnenenergie & Wasserstoffforschung Baden-Württemberg.