Technik: Mit dem Strom schwimmen

Mithilfe von neuartigen Batterietechnologien wollen amerikanische und europäische Unternehmen das Elektroauto endlich wirklich straßentauglich machen.

Der extrem niedrige Sportwagen erinnert an einen Ferrari. Doch anders als bei der extravaganten italienischen Automarke röhrt unter seiner Motorhaube kein hochgezüchteter Zwölfzylinder, sondern ein Elektromotor von bemerkenswerter Leistung: Das schnelle Gefährt erreicht eine Spitzengeschwindigkeit von 220 Kilometern pro Stunde. „Der Tesla Roadster ist nur der erste Streich“, gibt sich David Vespremi, Sprecher der Firma Tesla Motors, zuversichtlich. „Danach wollen wir eine Familienkutsche namens ‚White Star‘ und später noch einen Kleinwagen bauen. Elektroautos verkörpern in unseren Augen die mobile Zukunft.“

Noch vor wenigen Jahren galten Investitionen in Elektroauto-Projekte als riskante Idee. Das hat sich inzwischen gründlich geändert. Immer mehr Automobilhersteller sind dabei, auf den fahrenden Zug aufzuspringen. Vorreiter ist das Start-up-Unternehmen Tesla, das seine schnelle Flunder ab Herbst ausliefern wird. Auf dem Genfer Autosalon im vergangenen Februar hat das Potsdamer Unternehmen Visiongreen das „grünste und hipste Auto der Welt“ (Werbeslogan) vorgestellt – einen Elektro-Kleinwagen mit Namen Greeny AC1 Z, der immerhin bis zu 140 Kilometer Reichweite hat. Schon im vergangenen Jänner hatte General Motors (GM) den Prototyp eines Plug-in-Hybridwagens namens Chevy Volt präsentiert, welcher einen Verbrennungsmotor mit einem Elektromotor kombiniert, der auch längere Strecken bewältigen kann, aufladbar an einer Steckdose. Weitere Plug-in-Hybridmodelle sind in Vorbereitung. Und der 1997 eingeführte klassische Hybridwagen Toyota Prius, dessen Batterie sich beim Bremsen auflädt, gilt in Kalifornien als Verkaufsschlager.

Antrieb Ölpreis. Der Elektroantrieb weist der Autoindustrie offenbar den Weg in die Zukunft. Kein Wunder: Der Ölpreis steht auf Dauerhoch, Fahrer von Gefährten mit Verbrennungsmotor drückt das Umweltgewissen – und technische Neuerungen wecken Hoffnungen, das Elektromobil für den Stadtverkehr auf absehbare Zeit in einen autobahntauglichen Straßenkreuzer zu verwandeln. Dabei dreht sich allerdings alles um die Batterie – Motor, Getriebe und Chassis sind bei den abgasfreien Elektromobilen sekundär. Was zählt, ist ein pralles Energiepaket auf kleinstem Raum.

Batterien sind im Grunde einfach gestrickt: Zwei Elektroden, die eine positiv, die andere negativ geladen, werden in eine leitende Flüssigkeit getaucht. Wenn die Elektronen vom Minus- zum Pluspol wandern, fließt Strom. Doch die Anforderungen an leistungsfähige Akkus sind hoch: Sie sollen eine hohe Energiedichte aufweisen, rasch aufladbar, sicher und dazu erschwinglich sein. Heute wetteifern Unternehmen in den USA und Europa darum, die erste Batteriegeneration für massenhaft absetzbare Elektroautos zu schaffen. Der Erfolg ist allerdings nicht garantiert.

Blei-Akkus. So scheiterte ein Anlauf von General Motors vor mehr als zehn Jahren kläglich. Als der Autokonzern 1996 die Familienkutsche EV1 auf den Markt brachte, hatten die anfänglich mit Blei-Akkus, später dann mit Nickelbatterien betriebenen Fahrzeuge immerhin einen Radius von 160 Kilometern. Doch sie benötigten acht Stunden, um ihre Akkus wieder aufzuladen – Teslas Roadster braucht heute an der 220-Volt-Ladestation nur mehr dreieinhalb Stunden. Drei Jahre später stellte GM die Produktion des EV1 ein: zu teuer, zu langsam und zu wenig Reichweite, hieß es aus Detroit.

Doch das mag ein Ding der Vergangenheit sein. Der Werksbesuch bei Tesla Motors beeindruckt: Als David Vespremi den Motor des Sportwagens startet, ist in der Werkshalle neben zwei Mechanikern, die sich in der Nähe unterhalten, und zwitschernden Vögeln vor dem Hallentor nur ein sanftes Rauschen aus dem Heckteil des Roadsters zu hören – das Kühlsystem, das 6831 Lithium-Akkus davor bewahrt, in Flammen aufzugehen. 320 Kilometer weit fährt der Zweisitzer der erst 2003 gegründeten Firma mit voller Batterieladung, von null auf 100 beschleunigt er in vier Sekunden – so schnell wie ein Ferrari. „Verheize Gummi, kein Öl“ lautet der Werbeslogan.

Das klingt verlockend für die umweltbewussten Millionäre Kaliforniens, die auf PS-Spaß nicht verzichten wollen: Die ersten hundert im Herbst vom Fließband rollenden Roadster sind zum Stückpreis von 92.000 Dollar schon vergeben. Dabei haben Promikunden wie George Clooney das schicke Gerät, dessen Äußeres der britische Sportwagenhersteller Lotus gestaltet hat, noch nicht einmal Probe gefahren. „Bislang waren Elektroautos nicht leistungsfähig genug“, erklärt Vespremi, während er aus der Werkshalle rollt. „Mit unserem Batteriepaket haben wir die Spielregeln geändert.“

Tesla baut auf die Kraft von Lithiumbatterien, die seit den neunziger Jahren Videokameras, Handys und MP3-Player am Laufen halten. Doch um ein Auto anzutreiben, braucht es tausende davon – und die dürfen keinesfalls überhitzen. Schließlich setzten erst im vergangenen Jahr von Sony produzierte Akkus mehrere Laptops spektakulär in Brand. Dell, Apple und andere Computerfirmen riefen daraufhin acht Millionen Batterien zurück. Doch nach geduldigem Experimentieren fand der Tesla-Ingenieur JB Straubel eine passende Lösung: in einem geschlossenen Metallgehäuse elf Lagen zu je 621 handelsüblichen Akkus, die kühlendes Wasser umspült.

Nicht perfekt. Doch wie rasch lässt die Leistung des nach wie vor kostspieligen Bauteils nach? „Nach fünf Jahren bringen die Batterien noch 70 Prozent Leistung“, so Straubel. Erfahrungswerte kann er freilich nicht vorweisen. Und selbst der Ingenieur gesteht zu: „Die perfekte Batterie gibt es noch nicht. Doch bis dahin wollten wir nicht warten.“

Den perfekten Akku mag es zwar nicht geben, aber Wasserkühlung ist beileibe nicht die einzige Innovation für Energiespeicher auf dem Markt. Yet-Ming Chiang, Materialwissenschafter am Massachusetts Institute of Technology (MIT), gründete vor fünf Jahren die Firma A123, um Lithiumbatterien zu entwickeln, die sich aus Nanomaterial, wie von Zauberhand geführt, von selbst zusammenfügen würden. „Man stelle sich nur vor, eine aufsprühbare Batterie, die sich selbst für mikroskopisch winzige Maschinen nutzen ließe“, erklärt er. Doch die ambitionierte Vision blieb vorerst unerfüllt. Was Chiang nicht daran hinderte, eine niedriger hängende Frucht zu ernten.

Ende 2003 entwickelte das von Chiang gegründete Unternehmen eine neue Lithiumbatterie, die statt teurem Kobalt stabileres Eisenphosphat für die positive Elektrode nutzt. Geschickt aufgebracht in ultrafeinen Nanokristallen, erlaubt dieser Stoff, dass mehr Strom schneller fließt. Die Energiedichte gegenüber herkömmlichen Lithiumbatterien hat sich auf diese Weise verdoppelt, die Maximalleistung ist um ein Fünffaches erhöht, und die Zelle ist in nur fünf Minuten zu 90 Prozent aufgeladen. Seit vergangenem Jahr vertreibt Black & Decker unter der Marke DeWalt Werkzeugmaschinen, die mit diesen Akkus laufen. Und jetzt sind auch Fahrzeuge dran. A123 hat kürzlich angekündigt, ein aus 32 Zellen bestehendes System für einen Offroader mit Hybridmotor von GM zu entwickeln, der etwas erschwinglicher ist als Teslas Spaßauto. Auch amerikanische Hybridbusse der zum Daimler-Konzern gehörenden Firma Orion sollen diese Batterie ebenfalls bald nutzen.

Vorreiter. „A123 ist zweifellos ein Vorreiter“, gesteht Fernand Kaufmann, Chef des Start-ups Highpowerlithium (HPL) in Lausanne, neidlos ein. Doch damit sind längst nicht alle Möglichkeiten der Nanotechnologie ausgeschöpft. So verwendet HPL Mangan- statt Eisenphosphat für die Kathode – ein Ansatz, der an der ETH Lausanne entwickelt wurde. Auch hier erlaubt das Material eine Elektrode mit einer größeren Oberfläche zu schaffen, was zu größerer Energiedichte führt. Lithium-Manganphosphat hat den Vorteil, dass es nicht nur 3,2 Volt Spannung liefert, sondern 3,8 – so ist die Batterie leistungsfähiger. Doch noch gibt es nur einen Prototypen. „Derzeit testen wir gemeinsam mit industriellen Partnern, für welche Anwendungen sich die Batterien eignen.“

Auf Mangan setzt auch der Automobilkonzern General Motors Hoffnungen. Das Unternehmen beauftragte neben der US-Firma Compact Power aus Michigan auch einen deutschen Hersteller, eine Lithiumbatterie für „Chevy Volt“ zu entwickeln. Dabei sollen Manganoxid-Elektroden verwendet werden.

All das könnte jedoch eine Firma in den Schatten stellen, die noch nicht einmal über eine eigene Webseite verfügt. Das texanische Start-up-Unternehmen EEStor hat Anfang des Jahres ein ambitioniertes Energiespeichersystem angekündigt, das, von Kameras bis zu Autos, die Industrie auf den Kopf stellen soll. Statt elektrochemischer Batterien verwendet das junge Unternehmen Ultrakondensatoren, welche die Energie in einem zwischen zwei Kondensatorplatten liegenden Isolationsmaterial bannen. Diese Speicher haben den großen Vorteil, Ladungen rasch zu absorbieren und abzugeben, ohne groß abzunutzen. Doch ihre Ladekapazität ist bekanntlich gering.

Dieses Hindernis will der Hersteller EEStor jetzt überwunden haben. Laut Richard Weir, dem Geschäftsführer des Unternehmens, werde bei der neuen Technologie ein keramischer Baustoff aus Bariumtitanat als Isolator verwendet, der bis zu 3500 Volt Spannung aushalte. Laut Patentantrag soll die Technik die Leistungsfähigkeit von Lithium-Akkus mindestens um das Dreifache übertreffen. Experten hegen indes Zweifel an den vollmundigen Ankündigungen. So sei es extrem schwierig, das Pulver in der notwendigen Reinheit in großer Menge herzustellen, die Keramik sei für Temperaturschwankungen anfällig, und die hohe Voltzahl lasse das Paket geradezu lebensgefährlich erscheinen. Doch erfahrene Investoren haben diese Bedenken nicht zurückgehalten. Der Wagnisfinanzier Kleiner Perkins Caufield & Byers, der bereits Amazon, Yahoo und Google mit dem nötigen Startgeld versorgte, gehört dazu. Eine automatisierte Produktionsstraße sei außerdem fast fertig. Und EEStor will die ersten Batterien noch dieses Jahr an den kanadischen Elektrowagenhersteller Zenn ausliefern.

Sollte die Firma die hohen Erwartungen erfüllen, müsste Teslas Team eigentlich nervös in die Werkstatt zurückkehren. Doch zumindest nach außen hin gibt sich das Unternehmen unbekümmert: „Unsere Technologie ist auf einem guten Weg“, erklärt David Vespremi nach einer windigen Spritztour über den sonnigen Highway 101. „Das sehen schließlich auch andere so.“ In der Vorwoche hat Tesla einen Akku-Liefervertrag mit der früheren Ford-Tochter Think in Norwegen geschlossen. Die hat zwar einen Elektroflitzer mit 180 Kilometer Reichweite im Angebot. Doch die Ladezeit beträgt zehn Stunden. Unterwegs in den Urlaub dürfte da selbst passionierten Umweltschützern die Zeit an der Steckdose ein wenig lang werden.

Von Hubertus Breuer