Automobilindustrie

Ziemlich geladen

Neue leistungsstarke Autobatterien sind jetzt serienreif. Das Elektroauto kann kommen

Schön sieht sie aus. Hochwertig. Metallisch schimmernde Oberfläche. Sie besitzt Anschlüsse für Kabel und Schläuche. Ansonsten ist sie hermetisch verschweißt. Man zögert, von einer Batterie zu reden. Das ist ein Gerät, ein Aggregat! Ab Mitte August soll es in einer Nürnberger Fabrik hergestellt werden. Es könnte einschlagen wie eine Bombe. Wirklich.

In diesem Akku steckt so viel Energie, dass es ganz schön rumsen würde, wenn die plötzlich frei würde. Die erste für den Serieneinsatz im Auto gebaute Lithium-Ionen-Batterie (»LiIo«) markiert einen Umbruch in der Autowelt. Der Verbrennungsmotor, der mit mäßigem Wirkungsgrad fossile Brennstoffe zur Explosion bringt, ist auf dem Rückzug. Nun wird ihn der coole Elektromotor als Zweitantrieb im Hybridfahrzeug ergänzen – und womöglich ganz ersetzen. Bislang war das elektrisch angetriebene Auto ein Spielzeug für Technikverliebte, mehr Symbol für ökologisches Umdenken als alltagstauglich. Es fehlte ein leistungsfähiger Stromspeicher. Den gibt es jetzt.

Wenn Otto und Diesel demnächst in Rente geschickt werden, wird auch eine alte Rechnung beglichen. Denn die ersten Automobile waren Elektroautos. Mindestens 30 Jahre vor dem ersten Kraftwagen mit Verbrennungsmotor fuhren Elektromobile durch die Gegend und stellten Geschwindigkeitsrekorde auf. Anfang der achtziger Jahre des 19. Jahrhunderts war man mit 12 bis 15 Stundenkilometern auf Achse; 1899 erreichte der belgische Elektroautoproduzent Camille Jenatzy über 100 Kilometer pro Stunde. Um die Jahrhundertwende gab es in New York Taxi-Fuhrparks mit Elektroantrieb.

Die Vorteile der Stromer gegenüber den Brennern: Prima Drehmoment praktisch aus dem Stand, drei- bis viermal so hoher Wirkungsgrad, die Fahrzeuge liefen leise und brauchten kein Getriebe. Nur ließ sich elektrische Energie eben miserabel an Bord bunkern.

In den Verbrennungsvehikeln waren der Strom und sein Speicher ein Jahrhundert lang Nebensache. Ein paar trübe Funzeln, ein Horn, ein Zigarettenanzünder – mehr war da nicht zu versorgen. Das waren noch Zeiten, als man eine Batterie bloß zum Starten brauchte! Glühkerzen heizen, Motor in Schwung setzen – und nach der Initialzündung dieselte der Daimler auch ohne Batterie bis nach Marokko. Solange man Sprit nachfüllte.

Doch mittlerweile gibt es – zum Beispiel in Toyotas Erfolgs-Hybrid Prius – moderne Batterien, die bei vielen Vorgängen im Auto mitmischen. Nickel-Metallhydrid-Batterien sind schnelle Stromspeicher. Der alte Bleiakku brauchte zum Aufnehmen von Energie fünfmal so lange wie zum Abgeben. Das muss, wenn in einem Niedrigenergiefahrzeug Bremsenergie eingefangen und gespeichert werden soll, viel schneller gehen. Die Lithium-Ionen-Technologie toppt auch Nickel-Metallhydrid-Akkus in fast allen Disziplinen: Leistungsdichte, Lebensdauer, Schnelligkeit. Bei Kleingeräten – Mobiltelefonen, Laptops, Modellflugzeugen – haben sich die neuen LiIo-Batterien durchgesetzt. Auch die Besitzer von Akkuschraubern sind überzeugt. Jetzt ist der Autofahrer an der Reihe.

Berlin-Moabit, Sickingenstraße. Ein alter Elektroindustrie-Standort. Osram, Telefunken und AEG produzierten hier. Nun hat sich Continental niedergelassen, einstmals nur Reifenhersteller, heute ein Konzern, der so viele verschiedene Bauteile fürs Auto anbietet wie kein zweiter Zulieferer. Der hiesige Geschäftsbereich: Hybrid Electric Vehicle. In den Labors wird die LiIo-Batterie entwickelt. Schon Anfang 2009 soll der neue Energiespeicher im ersten Hybridfahrzeug stecken – einem Mercedes. Wenig später wird BMW folgen. Die Verheißung: 20 bis 30 Prozent weniger Verbrauch. Beim Daimler, einem S 400 BlueHybrid, ist ein Konsum von 7,9 Litern auf 100 Kilometern angepeilt.

Die Batterie muss auch in brennendem Benzin überleben

Hoch konzentrierte Atmosphäre in der Batterieproduktion von Continental. Die Mitarbeiter haben eine Spezialausbildung zur Arbeit an Geräten absolviert, an denen gefährliche Spannungen anliegen. Farbiges Flatterband trennt gefährliche Bereiche ab. Das Problem: Die kleinste Einheit einer LiIo-Batterie, die einzelne Zelle, steht immer unter Spannung. Der alte Bleiakku war – ohne Säure – harmlos. Die LiIo-Zelle ist erst harmlos, wenn sie kaputt ist. Also ist ihr Transport heikel: Die Zellen dürfen nicht mit dem Flugzeug verschickt werden. Sie sind Gefahrgut.

In einem Nebenzimmer steht eine angekokelte Batterie – ein Monteur hatte sein Werkzeug nur kurz falsch angesetzt. Eine Einzelzelle steht unter 3,6 Volt Spannung, bei Kurzschluss wird sie »nur« heiß und bläht sich auf. Doch in der fertigen Batterie addieren sich die Einzelspannungen zu 126 Volt Gleichspannung – ein leichtfertiger Kontakt kann fatal enden.

Auch äußerlich hat der LiIo-Akku mit herkömmlichen Autobatterien nur die Kastenform gemein. Die einzelnen Zellen stecken in einem Kühlblock aus Aluminium, der an die Klimaanlage gekoppelt wird. Damit kein Wasser – Lithium ist ein reaktives Leichtmetall – oder Schmutz eindringt, werden Zellen und Kühlblock mit Kunststoff ausgegossen. Die Edelstahlhülle wird mit einem Laser verschweißt. Außen sitzen Anschlüsse für das Kühlwasser und die Kommunikation mit dem Energiemanagement des Autos. An der Seite sitzt ein großes Überdruckventil mit einer Goretex-Membran. Für den Fall, dass eine Batterie doch mal hochgeht. Diese Batterien sind Wegwerfprodukte. Tritt drinnen ein Fehler auf, sind sie Müll.

Weltweit lieferten sich Batteriehersteller und Automobilbauer ein Rennen um die ersten großserientauglichen LiIo-Akkus. Für den Moment ist die asiatische Konkurrenz geschlagen. Nach Problemen bei der Einführung der Lithium-Ionen-Technik speichern die Toyota-Hybriden den Strom vorerst weiter in Nickel-Metallhydrid-Batterien.

Doch LiIo-Speicher sind wegen der höheren Energiedichte bis zu 40 Prozent kleiner und 30 Prozent leichter. Und die Hersteller geben eine Garantie von mindestens zehn Jahren. Die Technik ist so frisch, dass die einzelnen Zellen für den Pkw-Akku im Moment nur in Frankreich zu bekommen sind. Dort produziert ein Joint Venture von Johnson Controls/Varta und der französischen Firma Saft seit Anfang des Jahres das Herzstück der neuen Technologie.

Bislang waren LiIo-Zellen den Automobilherstellern eine Nummer zu heiß. Denn bei der Verwendung von LiIo-Akkus in Handys, Kameras und Laptops kam es zu Zwischenfällen: Gelegentlich stand ein Laptop in Flammen; in Betrieben, die Handys reparierten, flog dem Meister schon mal der Akku um die Ohren. Es kam zu peinlichen Rückrufaktionen.

Was bei Elektroartikeln kaum noch hinnehmbar ist, kommt für Pkw absolut nicht infrage. Eine brennende S-Klasse wollte man sich in Stuttgart lieber gar nicht erst vorstellen. Darum wurden die LiIo-Autobatterien mit allen Mitteln sicher gemacht. Das Energiemanagement im Auto kontrolliert Temperatur und Ladezustand der Zellen. Hitze ist gefährlich, dann wird kaltes Wasser gepumpt. Überladung bläht die Zellen bis zum Zerplatzen. Zu starkes Entladen der Batterie ist ungefährlich, aber ärgerlich – es zerstört den Akku. Bricht trotz allem ein Feuer in einer Zelle aus, muss es sich selbst ersticken. Der Akku darf auch in brennendem Benzin nicht hochgehen. Und die Nagelprobe macht man mit einem Nagel: Der Stahlstift wird einmal quer durch die Zelle getrieben. Den plötzlichen Kurzschluss, den das auslöst, muss der Speicher ohne Explosion überstehen.

Bei der Nagelprobe spielt eine unauffällige Folie die entscheidende Rolle: der »Separator«, eine Membran zwischen der positiv geladenen Kathode und der negativ geladenen Anode der Zelle. Die Trennschicht verhindert den inneren Kurzschluss, lässt aber Lithium-Ionen beim Laden von der Kathode zur Anode wandern und beim Entladen zurück. Das Kunststoffmaterial des Separators war in bisherigen LiIo-Batterien eine Schwachstelle. Wenn es bei Überhitzung schmilzt, sind Kathode und Anode schlagartig kurzgeschlossen – die Energie wird freigesetzt.

Vier Zentner Batterien an Bord reichen für 100 Kilometer

Dabei soll es nicht bleiben. In einem Nebenraum bei Continental steht schon die nächste Evolutionsstufe des LiIo-Akkus auf dem Labortisch, die Mitarbeiter beteuern, das Ding sei auch bereits im Auto unterwegs. Sein Separator besteht aus technischer Keramik, ist hauchdünn und nahezu unbrennbar. Entwickelt haben ihn der Maschinenbau-Professor Paul Roth und Ingenieure von Evonik/Degussa; dafür wurden sie 2007 für den Zukunftspreis des Bundespräsidenten nominiert. Ab Ende 2010 soll die neue Technik serienreif sein. Das Material Separion wird in einem Start-up-Unternehmen in Kamenz bei Dresden produziert, zunächst für Akkus, die in Elektrofahrrädern und Elektrobooten eingesetzt werden. Doch bald wird man dort mehr zu tun bekommen.

Autos, die mit zwei Motoren – zumindest im Stadtverkehr und im Stau – sparsam sind, werden auf den Automobilsalons eine wichtige Rolle spielen. Und es mehren sich die Zeichen, dass auch reine Stromfahrzeuge auf den Markt kommen werden. Ein Zeichen dafür ist ein etwa 1,60 Meter langes, T-förmiges Stück Autostruktur, das in Berlin bearbeitet wird. Es könnte die Basis des Elektroautos Chevrolet Volt werden. Oder eines Strom-Opels. General Motors (GM) kooperiert unter anderem mit Continental bei der Entwicklung des Volt.

Ein Elektroauto, das mit einer Akkuladung 60 bis 100 Kilometer weit fahren kann, hat drei bis vier Zentner LiIo-Batterien an Bord. GM will diese Packen im ehemals für die Antriebswelle benötigten Tunnel und zwischen den Hinterrädern verstauen. 80 Prozent aller Fahrten, haben amerikanische Studien ergeben, sind kürzer als 60 Kilometer. Nach dem Großeinkauf käme das Auto an die Steckdose.

Auch beim Ausflug aufs Land würde der Volt-Fahrer nicht liegen bleiben. GM hat ein Plätzchen für den alten Verbrennungsmotor reserviert. Sind die Batterien leer, springt ein Ottomotörchen an. Nicht zum Fahren, bewahre! Nur zum Laden.

Diesen Artikel finden Sie als Audiodatei im Premiumbereich unter