LIB-Erfinder Akira Yoshino im Interview mit eMobilServer.

Lithium-Ionen-Batterien (LIB) machten den Siegeszug mobiler Elektronikgeräte erst möglich. Aufgrund ihrer hohen Energiedichte hat sich die Technologie für Smartphones, Tablets, Notebooks oder Digitalkameras schnell etabliert. Experten schätzen, dass die leistungsstarken LIB auch in Elektroautos mindestens für die nächste Dekade alternativlos bleiben. Im Interview mit eMobilServer spricht der Vorreiter in Sachen Lithium-Ionen-Forschung und -entwicklung Dr. Akira Yoshino über das Potenzial der LIB-Technologie, ihre Grenzen und ihren Einfluss auf die Mobilität von morgen.

Herr Dr. Yoshino, seit den achtziger Jahren des vorigen Jahrhunderts forschen Sie mit Lithium-Ionen. Sie gelten als Erfinder der Lithium-Ionen-Batterie, haben die Technologie maßgeblich vorangebracht und dafür zahlreiche internationale Preise erhalten. Zuletzt den Japan-Preis 2018 in der Kategorie „Resources, Energy, Environment and Social Infrastructure“. In kurzen Worten: Was war die bahnbrechende Idee Ihrer Forschung?

Dr. Akira Yoshino: Das ist eine schwierige Frage. Ich denke, die Entwicklung der verschiedenen Materialien wie Anode, Kathode, Elektrolyt und Separatoren war der Schlüssel zum Erfolg.

Hohe Energiedichte, vergleichsweise niedrige Produktionskosten bei langer Lebensdauer. In diesen Punkten wird Lithium-Ionen-Batterien ein extremes Potenzial nachgesagt. Gibt es überhaupt Grenzen dieser Technologie?

Yoshino: Ja, es gibt Grenzen, aber eine Energiedichte von bis zu 800 Wh/l und eine Reichweite von bis zu 500 km sind realistisch. Nach dem derzeitigen Stand der Technik kann ein Auto wie z. B. der Nissan LEAF mit einer Akkuladung 400 Kilometer zurücklegen. Mit der aktuellen Technologie sind, wie bereits erwähnt, bis zu 500 km möglich. Im Hinblick auf die laufenden und kommenden Trends wird eine Batterie der nächsten Generation Lösungen für das Problem der Kilometer-Reichweite mit sich bringen.

Lithium-Ionen-Batterien punkten mit hoher Energiedichte, vergleichsweise niedrigen Produktionskosten bei langer Lebensdauer. (© Asahi Kasei)
Wie stellt sich aus Ihrer Sicht die gegenwärtige Situation der Lithium-Ionen-Batterie, gerade im Bereich Elektromobilität dar?

Yoshino: Der Elektrifizierungsprozess in der Automobilindustrie schreitet zweifellos voran. Ab 2025 wird das CASE-Konzept – für Connected – Automonous – Shared – Electric – zu einer neuen Automobilgesellschaft beitragen. Die LIB wird bei dieser Entwicklung weiterhin eine wichtige Rolle spielen. Eine der Kernaufgaben wird es allerdings sein, das Problem der schnelleren Entladung bei niedrigen Temperaturen langfristig in den Griff zu bekommen. Ebenso gehört schnelles Laden zu den Herausforderungen. Um das Problem zu lösen, ist eine Entwicklung in der Elektrolyt-Technologie notwendig.

Inwiefern?

Yoshino: Mit den fortschreitenden Forschungen an der Festkörperbatterie treten neue Fragen und Phänomene auf, die mit der bisherigen Elektrolyttechnologie nicht gelöst werden können. Daher entstehen derzeit neue Forschungsfelder, die sich damit beschäftigen, diese neuen Phänomene zu verstehen. Das Wissen, das in diesen neuen Forschungsbereichen erarbeitet wird, wird natürlich auch bei der Weiterentwicklung von flüssigen Elektrolyten angewendet. Daher besteht die Wahrscheinlichkeit einer technologischen Revolution im Elektrolytbereich. Wenn es soweit kommt, können sehr schnelle Lade- und Entladezeiten auch bei geringen Temperaturen erwartet werden. Diese Verbesserungen können dazu führen, dass Strom auch schneller ins Stromnetz zurückgeführt werden kann.

Weitere Probleme der LIB sind Überhitzung und dadurch bedingt Explosionsgefahr, sodass im Moment raumgreifende Kühlsysteme im Fahrzeug nötig sind. Können Sie anhand Ihrer Forschung Lösungswege aufzeigen?

Yoshino: Auch für das Problem der raumgreifenden Kühlung bietet die Festkörperbatterie-Technologie eine Lösung. Denn Feststoffakkus müssen, im Gegensatz zu LIB, nicht gekühlt werden. In Feststoff-Batterien steckt ein sehr hohes Potenzial. Es wird jedoch noch einige Zeit dauern, bis die Entwicklung so weit fortgeschritten ist, dass Feststoffakkus das nötige Niveau für den praktischen Einsatz erreicht haben.

Als Global Player in Sachen Automotive kombiniert der japanische Technologiekonzern Asahi Kasei, bei dem Sie Ehrenmitglied sind, mit seinem Konzeptauto AKXYTM Elektrofahrzeug und künstliche Intelligenz. Welche Rolle spielt die LIB für das Konzept des AIEV – Artificial Intelligence Electric Vehicle?

Yoshino: Das Konzept des AIEV ist ein Schritt zur Umsetzung des schon erwähnten CASE-Konzepts. Ein wichtiger Punkt bei AIEV ist, dass der Energieladeprozess autonom abläuft. Das bedeutet, dass auch dieser Prozess elektrifiziert werden muss. Dabei wird die LIB auch weiterhin eine wichtige Rolle spielen. Das Konzeptauto AKXY ist aber eher ein Vorzeigemodell der verschiedenen Materialien und Lösungen von Asahi Kasei für die Automobilindustrie als ein AIEV.

Dr. Akira Yoshino im AKXYTM-Konzeptfahrzeug. (© Asahi Kasei)
Wenn man sich ein Zukunftsszenario vorstellt, in dem es keine allein privat genutzten Pkw mehr gibt, stattdessen selbstfahrende Fahrzeuge eine beliebige Anzahl von Fahrgästen nacheinander, in enger Zeittaktung ohne dazwischenliegenden Leerlauf befördern – was bedeutet das für die Energiespeicher der Zukunft?

Yoshino: AIEVs selbst werden Speichersysteme sein, die in der Lage sind, vom und ins Stromnetz zu laden und zu entladen. Eine zunehmende Anzahl von AIEVs kann zu einer effektiveren Nutzung der elektrischen Energie und zu einer zunehmenden Installation von erneuerbaren Energiequellen beitragen.

Ist in einem solchen Szenario eine Ära nach der Lithium-Ionen-Batterie denkbar?

Yoshino: Für das AIEV-Szenario ist eine langlebige Batterie erforderlich. Aber um diese Art von Batterie zu entwickeln, sind neue Materialien und Technologien notwendig.

Herr Dr. Yoshino, vielen Dank, dass Sie sich Zeit genommen haben, unsere Fragen zu beantworten. (kew)

Vita:

  • 1972: Nach einem Master-Abschluss am Department of Petrochemistry der Universität Kyoto tritt Akira Yoshino dem japanischen Chemie-Konzern Asahi Kasei, Tokio bei
  • 1985: Akira Yoshino meldet ein Patent für eine Lithium-Ionen-Batterie mit LiCoO2-Kathode und kohlenstoffbasierter Anode an. Das Patent wird 1995 gewährt.
  • 1992: Ernennung zum Leiter der Ionenbatterie-Entwicklungsabteilung bei Asahi Kasei
  • 1999: Chemical Technology Prize (Chemical Society of Japan)
  • 2005: Promotion und Erwerb des Doktorgrades an der Graduate School of Engineering der Universität Osaka Generaldirektor des nach ihm benannten Yoshino-Labors bei Asahi Kasei Seit
  • 2010: Leiter des Lithium Ion Battery Technology and Evaluation Center (LIBTEC), Osaka
  • 2012: Verleihung der IEEE-Medaille (The Institute of Electrical and Electronic Engineers, USA)
  • 2013: Gewinner des Global Energy Prize (The Global Energy Association, Russland)
  • 2014: Gewinner des Charles Stark Draper Prize (The National Academy of Engineering, USA)
  • Seit 2015: Gastprofessor am Research and Education Center for Advanced Energy Materials, Devices, and Systems an der Universität Kyushu
  • 2016: Verleihung des NIMS Award (The National Institute for Material Science, Japan) Seit 2017: Professor an der Graduate School of Science and Technology der Universität Meijo Seit
  • 2017: Ehrenamtlicher wissenschaftlicher Mitarbeiter bei Asahi Kasai
  • 2018: Gewinner The Japan Prize (The Japan Prize Foundation, Japan)

Vielen Dank für das Interview, Herr Yoshino. (kew)

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