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Jul 10, 2023

Europäische Startups: Ich denke, wir werden eine bessere Batterie brauchen

Nächstes Jahr wird ein niederländisches Unternehmen eine neue Art von Batterie in eine Drohne einbauen und – wenn alles nach Plan läuft – diese Drohne 50 % länger fliegen, als sie es mit einem Standard-Lithium-Ionen-Akku (Li-Ion) könnte.

Nächstes Jahr wird ein niederländisches Unternehmen eine neue Art von Batterie in eine Drohne einbauen und – wenn alles nach Plan läuft – diese Drohne 50 % länger fliegen, als sie es mit einer Standard-Lithium-Ionen-Batterie (Li-Ion) könnte. Flugzeiten von beispielsweise fast einer Stunde statt 34 Minuten. Die aufgemotzte Drohne wird nicht schwerer sein als zuvor und der neue Akku wird tatsächlich kleiner sein als der alte, obwohl er mehr Saft bietet.

Starrflügel- und Mehrrotordrohnen sind nur der Anfang. LeydenJar zielt auch auf Elektrofahrzeuge ab und Tim Aanhane, der Geschäftsentwickler des Unternehmens, schätzt, dass die Batterien des Unternehmens es einem Elektroauto ermöglichen könnten, eine Reichweite von 800 oder 900 km zu erreichen – etwa das Doppelte des aktuellen Marktstandards.

„Die Batterieindustrie entwickelt sich schnell“, sagt Aanhane. Die Batterie von Leydenjar verwendet eine Silizium- statt einer Graphitanode. In dieser Komponente, auch negative Elektrode genannt, verlieren negativ geladene Teilchen, sogenannte Ionen, Elektronen. Die Elektronen wandern dann durch einen Stromkreis und liefern Strom.

Es ist nur ein Startup unter vielen in Europa, das an der Verbesserung der Batterietechnologie arbeitet. Ein wichtiges Ziel vieler in diesem Bereich sind hohe Energiedichten – Batterien, die deutlich mehr Leistung bieten als die bestehenden Li-Ionen-Optionen. Dies wird in der Regel anhand der verfügbaren Energiemenge in Wattstunden (Wh) pro Volumeneinheit (Liter, l) oder Masse (Kilogramm, kg) gemessen.

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Da Forschung und Entwicklung, insbesondere in Ländern wie China, rasant voranschreiten, dürfen wir keine Zeit verlieren. Europa muss schnell eine wirklich gute Batterietechnologie entwickeln, sonst wird es ins Hintertreffen geraten.

LeydenJar, das mehr als 70 Mitarbeiter beschäftigt und bisher 100 Millionen Euro an Fördermitteln eingeworben hat, testet derzeit seine Prototypbatterien. Aanhane und seine Kollegen planen, im Jahr 2025 eine große Fabrik in den Niederlanden zu eröffnen. Die jährliche Produktion am Standort soll 100 Megawattstunden Gesamtbatteriespeicher erreichen – was in etwa dem Energiebedarf von bis zu 100.000 Haushalten entspricht.

„Silizium als Material kann zehnmal mehr Lithiumionen speichern als Graphit“, sagt Aanhane. Für die Batterie insgesamt bedeutet das eine Ausbeute von etwa bis zu 70 % mehr Energie pro Liter – 1.350 Wh/l oder 390 Wh/kg.

LeydenJar sagt, es habe ein zentrales Problem gelöst, das Siliziumanodenbatterien in der Vergangenheit zurückhielt – übermäßige Schwellung. Traditionell würden sich diese Anoden beim Laden erheblich ausbeulen, was ihre Lebensdauer verkürzt und sie möglicherweise unsicher macht. Um dem entgegenzuwirken, stellt LeydenJar seine Anoden her, indem es winzige Siliziumsäulen mit einer Dicke von mehreren Mikrometern auf Kupferfolie wachsen lässt.

„Dazwischen ist Platz“, erklärt Aanhane. „In diesen Säulen gibt es auch Porosität.“

Diese entscheidenden Räume in und um die Siliziumsäulen bedeuten, dass die Ausbeulung größtenteils im Batteriematerial selbst enthalten ist und die Schwellung der Batteriezelle insgesamt mit der einer Graphitanodenbatterie vergleichbar ist, sagt er. Aanhane fügt hinzu, dass dieses begrenzte Quellverhalten über Hunderte von Zyklen hinweg stabil zu sein scheint – dem Prozess des wiederholten Ladens und Entladens der Batterie.

Bisher hat LeydenJar seine Batterien über etwa 500 Zyklen getestet, und Aanhane deutet an, dass sie eine Steigerung auf mehr als 1.000 Zyklen anstreben. Ein zusätzlicher Vorteil der Technologie bestehe seiner Ansicht nach darin, dass für die Herstellung viel weniger Energie benötigt wird als für Graphitanoden, was sie möglicherweise umweltfreundlicher macht. Sicherheitstests haben bisher auch keine hohe Brand- oder Explosionsgefahr gezeigt, was ein wichtiger Gesichtspunkt bei der Entwicklung neuer Batterietechnologien ist.

In den letzten Monaten haben Batteriehersteller in Asien angekündigt, dass sich höhere Kapazitäten abzeichneten. Gotion beispielsweise behauptete, seine neue Astroinno-Batterie könne ein Elektroauto mit einer Reichweite von 1.000 km ausstatten. CATL in China ist ein weiteres Ereignis, das man im Auge behalten sollte. Das Unternehmen sagt, dass seine 500-Wh/kg-Batterie Elektroflugzeuge der Zukunft antreiben könnte. Und Toyota in Japan sagt, dass es eine Batterietechnologie entwickelt, die bis 2027 eine unglaubliche Reichweite von 1.500 km in einem Elektroauto ermöglichen könnte.

„Unsere Abhängigkeit von China für diese sich entwickelnde Branche wächst bereits unglaublich schnell“, bestätigt Karl McGoldrick, CEO und Mitbegründer von LionVolt, einem weiteren niederländischen Batterietechnologie-Startup. Das Unternehmen beschäftigt 16 Mitarbeiter und hat Fördermittel in Höhe von 16 Millionen Euro erhalten, davon 11 Millionen Euro in Form von Zuschüssen und Zuschüssen.

LionVolt arbeitet an Festkörperbatterien, die nicht das in Standard-Li-Ionen-Geräten übliche flüssige Lithium enthalten. Stattdessen nutzen sie Milliarden winziger Säulen, zwischen denen die Ionen fließen. McGoldrick erklärt, dass diese vergrößerte Oberfläche im Inneren der Batterie eine höhere Energiedichte von 450 Wh/kg ermöglicht.

Er behauptet auch, dass die Technologie von LionVolt nicht unter Dendriten leidet, dem Wachstum von Metallfäden, die gefährliche Kurzschlüsse in einer Batterie verursachen können.

Eines der interessantesten Dinge an der Entwicklung von Batterien mit höherer Energiedichte ist die schiere Vielfalt der derzeit verfügbaren Technologien. In Italien arbeitet das Startup Bettery, ein Spin-out der Universität Bologna, an einer Durchflussbatterie, die halbfeste Elektroden verwendet.

In diesem Fall ist der Halbfeststoff eine Flüssigkeit mit darin suspendierten Partikeln. Alessandro Brilloni, Mitbegründer, sagt, er und seine drei anderen Mitbegründer hätten einen Weg gefunden, die Ablagerung der Partikel in einem Sediment zu verhindern.

Allerdings gibt es bei der Wahl dieses Ansatzes Kompromisse. Flow-Batterien sind nicht so energieeffizient wie Li-Ionen-Batterien. Allerdings gibt Brilloni an, dass sie eine längere Lebensdauer haben sollten.

Er und seine drei Mitarbeiter sind derzeit dabei, ihr erstes eigenes Labor einzurichten, und sie verfügen außerdem über einen kleinen Prototyp einer Batterie, die stark genug ist, um beispielsweise einen Laptop zu versorgen. Brilloni sagt, dass mit der Technologie Energiedichten von 500 Wh/kg oder mehr möglich sein sollten. Das Unternehmen hat bisher 420.000 Euro eingesammelt.

Schließlich hat The Batteries in Polen ein Festkörpergerät entwickelt, das aus einem pulverbasierten Elektrolyten besteht, was nach Angaben des Unternehmens die Produktionskosten erheblich senkt.

Sprecherin Izabela Bany deutet an, dass die Batterien, die in dünnen, flexiblen Formaten hergestellt werden könnten, bald beispielsweise Sensoren, Wearables, IoT-Geräte oder autonome Notbeleuchtungen mit Strom versorgen könnten. The Batteries hat bisher 12,4 Millionen US-Dollar (11,9 Millionen Euro) an Fördermitteln eingesammelt.

Ein weiterer Vorteil, fügt Bany hinzu, besteht darin, dass die Technologie selbst bei Herstellungsfehlern nicht durch Verbrennungen oder Explosionen beeinträchtigt wird. Die Batteries streben Energiedichten von rund 1.200 Wh/L an.

Dies sind nur einige der Ansätze, die unter europäischen Batterietechnologie-Startups auftauchen, und es ist unklar, welche Ansätze in den kommenden Jahren erfolgreich sein werden. McGoldrick betont jedoch, dass Investitionen in neuartige Technologien – und damit auch die Auseinandersetzung mit jungen Unternehmen – unerlässlich sind, wenn Europa im großen Batteriewettlauf überhaupt eine herausragende Rolle spielen soll.

„Wir müssen mutiger sein“, sagt er. „Sonst kaufen wir alle unsere Batterien aus China.“

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