Beitrag zum Internationalen Tag der Batterie – Happy Birthday Battery!

17.02.2022 / Vom Ursprung der Batterie bis hin zur Elektromobilität – die Geschichte hinter dem Herzstück der E-Autos

Am 18. Februar feiern wir den Internationalen Tag der Batterie. Dieser Jahr für Jahr wiederkehrende weltweite Feiertag fällt auf den Geburtstag des italienischen Physikers Alessandro Volta, der 1801 die erste Batterie vorgestellt hat. Seine Erstlinge waren damals sehr einfach konstruiert, sie bestanden aus wenigen Bausteinen, besser Alltagsgegenständen: dünnen Streifen Kupfer, Pappe und Zink, jeweils getrennt durch feuchtes Leder. Alessandro Voltas Leitelement war – so skurril das klingt – seine eigene Zunge.¹
An diesem Freitag, den 18. Februar 2022, wird die Batterie stolze 221 Jahre alt. Seit 1801 hat sie uns in so vielen Bereichen so weit gebracht. Batterien funktionieren nach dem Prinzip der Galvanischen Zelle, in der elektrisch geladene Teilchen in einem Kreislauf vom Minus- zum Pluspol strömen und damit Strom erzeugen. Die Batterie ist gleichermaßen elektrochemischer Energiespeicher und Wandler: Bei Entladung wird gespeicherte chemische Energie durch die elektrochemische Reaktion in elektrische Energie gewandelt. Diese umgewandelte Energie steht Verbrauchsgeräten dann unabhängig vom Stromnetz zur Verfügung.
Von anfänglich begrenzter Kapazität und einfachem Aufbau ist die Batterie heute hoch entwickelt. Und das längst nicht mehr nur als unverzichtbarer Bestandteil unserer Smartphones und Notebooks – nichts scheint mehr ohne sie zu funktionieren. Doch zum Durchbruch einer kommerziell nutzbaren Lithium-Ionen-Batterie kam es erst, als ein weiterer Entwicklungsschritt hinzukam: 1979 entwickelten die Forscher John B. Goodenough und sein Kollege Koichi Mizushima eine wiederaufladbare Lithiumzelle mit etwa 4 Volt Spannung, die Lithium-Cobaltdioxid als positive Elektrode nutzte – das war der Knackpunkt der Verbreitung der Lithium-Ionen-Batterie. Ihre Wiederaufladbarkeit ist auch die Grundvoraussetzung für batteriebetriebene E-Mobilität.² Doch wie kommt die Batterie eigentlich ins Auto? Wie entstand die Elektromobilität?
Erste E-Mobilität ist made in Germany
Die Entstehung der Elektromobilität ist stark mit dem Namen des britischen Naturforschers Michael Faraday verbunden. Und den kennen wir alle aus dem Physikunterricht wegen des »Faradayschen Käfigs«, der die Insassen von Pkws vor Blitzeinschlägen schützt, weil er eine elektrische Abschirmung darstellt. Das Jahr 1821 gilt als die Geburtsstunde der Elektromobilität, da Faraday zeigen konnte, wie mit der Hilfe von Elektromagnetismus eine dauerhafte Rotation entsteht.³
Ende des 19. Jahrhunderts waren Elektroautos fortschrittlicher entwickelt als Autos mit Verbrennungsmotoren. Das allererste vierrädrige strombetriebene Gefährt wurde 1888 in Coburg von dem deutschen Unternehmer und Erfinder Andreas Flocken vorgestellt.⁴ Nach diesem Startschuss entwickelte sich die Elektromobilität rasant weiter. Damals war der Anteil der elektrisch angetriebenen Fahrzeuge fast doppelt so hoch wie der von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor. Im Zusammenspiel zwischen Autoindustrie, Ölwirtschaft, Kraftfahrzeughandwerk, Nutzer*innen, Medien und Politik etablierte sich ein Automobil-System, in dem sich die E-Autos leider nicht durchsetzen konnten. Es hört sich verrückt an, dass all diese tollen Entdeckungen und Ideen fast ein Jahrhundert brachliegen mussten, um erst heute die E-Autos wegen zunehmenden Umweltproblemen wieder auf die Agenda und die Überholspur zu bringen. ⇢ Denn der EY Mobility Lens Consumer Index zeigt, dass mehr als 40 % der jetzigen Neuwagenkäufer*innen planen, in ein Elektroauto zu investieren. Ökologisches Bewusstsein und Schutz der Umwelt stehen dabei für die Käuferinnen und Käufer im Fokus.
Was E-Mobilität heute kann
Erneuerbare Energien, Energiespeichersysteme und E-Mobilität sind weiterhin Schlüssel zu Nachhaltigkeit und einem umweltfreundlichen Energiesystem. Es existieren zwar schon einige Alternativen verschiedener Antriebsmöglichkeiten, wie zum Beispiel Wasserstoff. Allerdings zeigte sich in wissenschaftlichen Studien, dass bei Wasserstoff als Antriebsform der Großteil der Energie in der Technologiekette hängen bleibt und circa 80 % des Wirkungsgrades verloren gehen. Beim batterieelektrischen Antrieb sind das maximal 30% der aufgewendeten Energie, was diese Antriebsform auf absehbare Zeit zukunftstauglichsten Alternativantrieb darstellt.
In Zukunft noch nachhaltiger
Das noch neue Konzept des bidirektionalen Ladens soll künftig die E-Mobilität noch attraktiver und nachhaltiger gestalten. Sind Fahrzeug in Stillstandzeiten an ein bidirektionales Ladenetz angeschlossen, könnte die Batterie über den Zusammenschluss als »virtuelles Kraftwerk« mit anderen Fahrzeug- und Heimspeicherbatterien aktiv am Energiemarkt teilnehmen und dadurch sogar Einnahmen erzielen. Wenn dann – mithilfe von Software, die für jeden Typus von Batterie die Abnutzung und den Alterungsprozess bei bestimmten Verwendungsweisen bestimmen lässt – der »Gesundheitszustand« der Batterie prognostiziert werden kann, lässt sich die Wertschöpfungskette entscheidend erweitern. Denn solche Informationen machen einen zweiten Lebenszyklus der Batterie möglich.
Das Genie: die Batterie
Wir freuen uns an diesem 18. Februar noch mehr als an anderen Tagen des Jahres über die Erfindung der Batterie, durch die so vieles, unter anderem die moderne E-Mobilität, möglich wurde. Damit legt die Batterie einen Grundstein zur Energiewende, die – historisch betrachtet – eben erst ihren Anfang nahm. Und dabei spielen die Batterie und Batterieanalytik eine wichtige, nicht zu vernachlässigende Rolle! An hervorragenden Wissenschaftler*innen sollte der Wandel nicht scheitern, was die erste Batterie-Experten*innen-Konferenz TWAICE Vision 2022 bewiesen hat.
Wir feiern an diesem Internationalen Tag der Batterie die Keimzelle einer weltbewegenden Technologie und ein Stück Geschichte, das noch lange nicht zu Ende erzählt ist!
Über Dr. Michael Baumann
⇢ Dr. Michael Baumann ist Co-CEO bei ⇢ TWAICE. TWAICE unterstützt branchenübergreifend Unternehmen mit prädiktiver Batterieanalysesoftware auf der Basis des digitalen Zwillings. Kunden werden in die Lage versetzt, Batteriesysteme effizienter und nachhaltiger zu entwickeln und zu nutzen und sie gleichzeitig zuverlässiger und langlebiger zu machen. Bevor er TWAICE zusammen mit Dr. Stephan Rohr gründete, promovierte er an der Technischen Universität München. Michaels batteriespezifische Fachkenntnisse stammen aus über sechs Jahren akademischer Forschung in Harvard, Berkeley und Singapur im Bereich der Lithium-Ionen-Batterien mit besonderem Schwerpunkt auf der elektro-thermischen Modellierung und Vorhersage des Alterungsverhaltens von Lithium-Ionen-Batterien.
¹ ⇢ https://www.elektrotechnik.vogel.de/die-entwicklung-der-ersten-batterie-a-905392/
² ⇢ https://www.konstruktionspraxis.vogel.de/die-entwicklung-der-lithium-ionen-batterie-a-962889/
³ ⇢ https://www.e-autos.de/geschichte/
⁴ ⇢ https://initiative-stadtmuseum-coburg.de/aktivitaeten-und-projekte/andreas-flocken-ein-pionier-der-elektromobilitaet/