Die Batterie ist noch eine Schwachstelle für den Durchbruch der Elektromobilität. Der Automobilentwickler IAV, der Produktionstechnik-Experte thyssenkrupp System Engineering und der Materialspezialist Fraunhofer IKTS verfolgen deshalb einen neuen Ansatz für eine höhere Energiedichte, mehr Reichweite, geringere Systemkosten und damit deutlich mehr Akzeptanz für das elektrische Fahren. Mit der EMBATT-Technologie sollen bis zu 1000 Kilometer vollelektrisches Fahren ohne Nachladen möglich werden.
Michael Clauß zeigt auf eine schmale rote Platte im Boden eines Fahrzeugmodells. Sie verdeutlicht das Ziel der von EU, Bund und Land Sachsen geförderten Forschungsprojekte für die Technologie EMBATT. „Wir arbeiten an einer großflächigen, planar aufgebauten Batterie, die direkt ins Chassis integriert wird. Der Energiespeicher besteht aus bipolaren, gestapelten Zellen, von denen jede einzelne maximal 300 Mikrometer dünn ist. Jeweils zwei Zellen teilen sich einen Ableiter. Dieser Sandwichaufbau aus bipolaren Elektroden löst die bisherigen Zell- und Modulgrenzen auf und ermöglicht es, den Anteil von Speichermaterial signifikant zu erhöhen. Das neue EMBATT-Zelldesign ist ein entscheidender Hebel für die Systemverbesserung“, erläutert der Diplomingenieur, der für IAV das Projekt koordiniert, die innovative Technologie.
Dank der deutlich reduzierten Systemkomplexität planen die Forschungspartner aktuell eine Energiedichte von 500 Wh/l, was in Zukunft durch Materialsubstitution noch gesteigert werden soll. „Das ist etwa das Doppelte heutiger Serienbatteriesysteme mit zylindrischen, prismatischen oder Pouch-Zellen, die nur einen geringen Volumenausnutzungsgrad gestatten“, informiert Michael Clauß. Die verringerte Kleinteiligkeit trägt bei, die Herstellungskosten zu reduzieren.
Batteriezellen, die bereits Standards der Serienfertigung erfüllen, testet IAV in Adorf, einem Standort des Entwicklungszentrums Chemnitz/Stollberg. (Foto: IAV)
Der in Berlin ansässige Engineering-Partner IAV, der ein Entwicklungszentrum in Chemnitz/Stollberg betreibt, bringt in das Projekt die komplette Entwicklungsexpertise von der Fahrzeugkonzeption, Fahrzeugsicherheit, Batterieauslegung, Konstruktion bis hin zur Applikation der Steuergerätesoftware ein. Das Fraunhofer IKTS steuert sein Wissen um die Entwicklung maßgeschneiderter Materialien und spezieller Verfahren zur Elektrodenherstellung bei. thyssenkrupp System Engineering befasst sich mit dem Produktionsprozess und der notwendigen Technik zur Herstellung der Batterien.
Alle drei Partner sind für das 2014 gestartete Projekt auch räumlich eng zusammengerückt. Im Technikum von thyssenkrupp in Pleißa bei Chemnitz arbeiten sie gemeinsam am Integrationskonzept EMBATT, das für „chassis-embedded energy“ steht. Auf dem Weg von der Grundlagenforschung bis zur Serienproduktion sind bereits wichtige Schritte realisiert. So wird im Technikum gegenwärtig ein teilautomatisierter Herstellprozess für Batterien im A3-Format aufgebaut, die ca. ab Mitte 2017 von den IAV-Mitarbeitern getestet werden. Für die angestrebten 1000 Kilometer Reichweite wird eine ca. 1,50 mal 2,00 Meter große und zehn Zentimeter dünne Batterie gebraucht. Bis dahin ist noch viel Entwicklungsarbeit zu leisten. „Der Beginn der Industrialisierung wird für 2020 prognostiziert, um bis 2025 Serienbatterien in größerer Stückzahl fertigen zu können. Die Technologie EMBATT stößt bei OEMs in und außerhalb von Deutschland auf großes Interesse“, haben Michael Clauß und die weiteren Projektpartner erfahren.
