Das Rennen um leistungsfähigere Batterien nimmt bisweilen merkwürdige Züge an. Materialforscher des Massachusetts Institute of Technology (MIT) etwa versetzen sogenannte Lithium-Sauerstoff-Batterien mit Viren, um die Leistungsfähigkeit der Energiespeicher zu steigern. An der renommierten Stanford-Universität erzielten Forscher unlängst Erfolge mit einer neuartigen Anordnung der Innenstruktur. Als Vorbild diente der Aufbau des Granatapfels.

Forscher aus aller Welt liefern sich ein Wettrennen um einen lukrativen Markt. Zwischen 2012 und 2019 wird sich der Weltmarkt mit Lithium-Ionen- Batterien auf rund 24 Milliarden Euro verdreifachen, schätzen die Marktforscher von Transparency Market Research. Getragen wird diese Entwicklung mitunter von der Nachfrage nach Autos mit Elektrooder Hybridantrieb. Laut einer Prognose der US-Unternehmensberatung Navigant Consulting werden im Jahr 2020 über sechs Millionen Hybride, Plug-in-Hybride oder reine Elektroautos verkauft. Im vergangenen Jahr waren es gut zwei Millionen.

Fantasie erzeugt auch der Boom mobiler Geräte wie Smartphones sowie der Ausbau der erneuerbaren Energien. Die Batteriespeicherung ist laut Travis Miller, Experte beim Analysehaus Morningstar, der "heilige Gral" bei der dezentralen Stromerzeugung. Auf rund 350 Millionen Euro schätzt Navigant Consulting den Markt für die Speicherung von erneuerbarer Energie heute. Für 2023 rechnen die Experten mit einem Volumen von 8,5 Milliarden Euro.

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Tesla investiert Milliarden

Der kalifornische Elektroautopionier Tesla hat bereits reagiert. Unternehmenschef Elon Musk plant in den USA für umgerechnet über drei Milliarden Euro die weltgrößte Fabrik für Lithium-Ionen-Batterien. Die "Gigafabrik" soll die Versorgung mit Batterien sichern und die Kosten senken. Als Preisführer bei Energiespeichern ergäben sich für Tesla neue Optionen auch in anderen Branchen, schreibt Adam Jonas, der das Unternehmen als Analyst der Bank Morgan Stanley seit Jahren begleitet. Als weltgrößter Hersteller von Lithium-Ionen-Batterien könnte Tesla die großen Energieerzeuger, aber auch Privatkunden beliefern.

Auf den Durchbruch bei der Forschung will Musk nicht warten. Stattdessen greift der Pragmatiker auf vorhandene Lösungen zurück. Unter Beweis stellte er dies bereits mit dem Tesla Model S. Statt eine schwere Batterie in einen Kleinwagen zu verpflanzen, konstruierte sein Team rund um einen Block handelsüblicher Laptop-Akkus ein Oberklassefahrzeug. Mit einer Ladung der im Fahrzeugboden liegenden Zellen des Elektronikkonzerns Panasonic schafft es die Limousine rund 500 Kilometer weit.

Fahrern von Stromern anderer Hersteller gräbt die Frage, ob die Akkuladung bis zur nächsten Station hält, hingegen immer noch Sorgenfalten in die Stirn. Selbst dem hochgelobten i3 von BMW oder dem jüngst vorgestellten Elektro-Golf von Volkswagen geht vor der 200-Kilometer- Marke der Saft aus.

Dabei widmen sich schon Generationen von Forschern dem Reichweitenproblem. Vor über 20 Jahren brachte VW einen Golf auf den Markt, der mit Bleiakkus fast 100 Kilometer weit fuhr. "Die Entwicklung der Batterietechnologie ist kein Sprint, sondern eher ein Marathonlauf", sagt Otmar Frey, Geschäftsführer des Fachverbands Batterien im Elektronikverband ZVEI. Unlängst meldete ein Forscherteam des börsengelisteten japanischen Plastikspezialisten Sekisui Chemical einen mutmaßlichen Durchbruch: Durch den Einsatz von Silizium konnte die Kapazität von Lithium-Ionen-Batterien verdreifacht werden.

Mit der Erfindung aus Japan könnte die Reichweite selbst von Elektrokleinwagen auf 600 Kilometer steigen, so hofft man. Arnold Lamm, der mit seinem Team die Batterieentwicklung bei Daimler vorantreibt, dämpft indes die Erwartungen. "In den Laboren werden immer wieder Batterien oder Zellen mit enormen Energiedichten entwickelt. Diese ist aber nur einer von acht Parametern - unter anderem Lebensdauer, Qualität und Sicherheit -, auf die es ankommt."

Auf dem Weg zur Serienfertigung treten Lamm zufolge immer wieder unüberwindliche Hürden auf. Beispiel Sicherheit: Vor einem Jahr musste etwa Boeings neuer Langstreckenflieger 787 Dreamliner nach Bränden der verwendeten Lithium- Ionen-Batterien monatelang auf dem Boden bleiben.

Den lang ersehnten Quantensprung in der Entwicklung wird es laut Experten nicht geben. Einigkeit herrscht aber auch darin, dass die Kosten deutlich sinken werden. Von den derzeit rund 330 bis 380 Euro pro Kilowattstunde Kapazität soll es auf deutlich unter 200 Euro runtergehen. Durch Fortschritte bei Material und wegen höherer Stückzahlen könnte dieser Wert ab etwa dem Jahr 2020 erreicht werden.

Neue Materialien testet das Fraunhofer Institut für Werkstoff- und Strahltechnik in Dresden. Ziel der Forscher: mit Lithium-Schwefel-Batterien die Energiedichte zu verdoppeln und zugleich günstiger zu produzieren. Die Marktreife erreiche man wohl in den nächsten Jahren, so der Forscher Philipp Thümmler. Chemieriese BASF ist auf einem ähnlichen Weg. Neben neuen Materialien für Lithium-Ionen-Batterien entwickeln die Ludwigshafener auch Kombinationen aus Lithium und Schwefel oder aus Lithium und Luft. Der DAXKonzern hat sich auf die Fahnen geschrieben, zum weltweit führenden Anbieter von Stoffen für Hochleistungsbatterien zu werden.

Der traditionelle Bleiakku, der als Starterbatterie derzeit noch in über einer Milliarde Autos Dienst tut, hat mit dem Siegeszug der Lithium- Ionen-Zelle aber noch lange nicht ausgedient. Die Entwicklung geht weiter, zahlreiche elektrische Verbraucher oder das Start-Stopp-System stellen höhere Anforderungen als noch vor wenigen Jahren. Die Marktforscher von IHS schätzen, dass das Geschäft mit Autobatterien - inklusive Lithium-Batterien für Plug-in- und Elektroautos - zwischen 2013 und 2017 um die Hälfte auf rund 34 Milliarden Euro wächst.

Johnson Controls zählt in diesem Bereich zu den führenden Anbietern. Das Segment "Power Solutions", in dem die Batterieaktivitäten der Amerikaner zusammengefasst sind, trägt zwar nur rund 15 Prozent zum Gesamtumsatz, aber fast ein Drittel zum operativen Ergebnis bei.

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Konkurrenz durch Brennstoffzelle

Die französische Saft Groupe hat sich ganz der Batterietech nologie verschrieben. Die Energiespeicher werden in zahlreichen Satelliten und rund zwei Dritteln aller zivilen und militärischen Flugzeuge verbaut. Erst vor Kurzem beauftragte zum Beispiel Airbus das Unternehmen mit der Lieferung von Batteriesystemen für die kommenden 18 Starts der Trägerrakete Ariane 5. Zuletzt zog das Unternehmen zudem zahlreiche Aufträge von Energie- und Transportunternehmen an Land.

Konkurrenz bekommt die Batterietechnologie von der Brennstoffzelle. An der Börse zogen Aktien aus diesem Bereich zuletzt kräftig an. "Langfristig ist die Brennstoffzelle interessanter", behauptet Wolfgang Reitzle, scheidender Chef von Linde, nicht ganz uneigennützig. Schließlich wird ür Brennstoffzellen Wasserstoff benötigt. Der Gasekonzern würde nur allzu gern umfassende Infrastrukturen aufbauen.

Tatsächlich forschen die Automobilkonzerne seit Jahrzehnten in dieser Richtung. 2015 will Toyota das erste Serienfahrzeug mit einer Brennstoffzelle auf den Markt bringen - zu einem Preis von rund 70000 Euro. Daimler visiert das Jahr 2017 für eine Serienpremiere an. Bei BMW hält man sich zurück. "Derzeit gibt es unter anderem keine bestehende Infrastruktur", sagt Elmar Hockgeiger, Leiter der Batterieentwicklung bei BMWi.

Auch die Beratungsfirma Roland Berger rechnet nicht mit einem raschen Durchbruch der Technologie. Wegen des Einsatzes des Edelmetalls Platin koste ein System rund 45000 Euro pro Fahrzeug. Bis 2025 könnten die Kosten zwar um 80 Prozent sinken, doch "erst wenn der Durchbruch zu platinfreien Systemen gelingt, können diese ein signifikantes Marktpotenzial erreichen", sagt Experte Wolfgang Bernhart. Laut Roland Berger müssten dafür immense technische Hürden fallen.

Allem Anschein nach setzt Tesla- Chef Musk mit seiner Milliarden teuren Gigafabrik einmal mehr auf das richtige Pferd.

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