Vielleicht liegt es daran, dass es die Bleibatterie bereits seit mehr als 160 Jahren gibt: Unentbehrlich und weitgehend zuverlässig, führt sie in unseren Autos das Schattendasein einer scheinbar ausgereiften Komponente. Forschungsgelder, beklagt Dominik Schulte von der RWTH Aachen, fließen deshalb nur in neue Technologien, obwohl auch bei der bestehenden reichlich Entwicklungsbedarf bestehe. Denn bis heute seien nicht alle Prozesse wirklich verstanden.
Bleibatterie weiter unverzichtbar
Dass die Bleibatterie für die Stromversorgung im Auto weiterhin als unverzichtbar gilt, liegt an einigen ihrer unbestrittenen Vorzüge. So sind ihre Materialkosten – vor allem Blei und Schwefelsäure – ausgesprochen günstig. Die Selbstentladung ist gering, und anders als die Lithium-Ionen- oder Nickel-Metallhydrid-Batterie ist sie bei Temperaturen zwischen –40 und +70 °C problemlos einsetzbar. Nicht zuletzt sprechen der kostengünstige industrielle Fertigungsprozess sowie ein effizientes Recycling für die Bleibatterie.
Physikalisch unabänderlich ist das hohe Materialgewicht von Blei und damit verbunden die vergleichsweise bescheidene Energiedichte: Moderne Lithium-Ionen-Batterien sind mit rund 200 Wh/kg der herkömmlichen Bleibatterie um das Vier- bis Fünffache überlegen. Ein weiteres Manko sind die schlechteren Leistungswerte und die geringe Zyklenstabilität, doch reichte das bislang für die klassische Starterbatteriefunktion aus.
Elektronische Dauerverbraucher fordern heraus
Allerdings stiegen die Anforderungen in jüngster Zeit stark. Hatte eine Bordbatterie früher nur den Starterstrom bereitzustellen, müssen heute bei Leerlaufdrehzahl zusätzlich hohe Lasten abgedeckt und elektronische Dauerverbraucher sicher versorgt werden – inzwischen selbst bei abgeschaltetem Motor.
Diesen Stopp-Start-Betrieb sieht Eckhard Karden vom Ford-Forschungszentrum Aachen bis 2020 als flächendeckend eingesetzte Technik und damit als größte Herausforderung für die Bleibatterie. Die dabei erforderliche Zyklenstabilität ist bei herkömmlichen Bleibatterien durch die Zerstörung der aktiven Elektrodenmassen („Sulfatierung“) stark eingeschränkt. Zudem setzt das Phänomen der Säureschichtung der Bleibatterie zu. Speziell für diesen Einsatz wurde sie daher zur EFB (Enhanced Flooded Battery) weiterentwickelt. Bei diesem Typ ist die positive Elektrodenplatte mit einem speziellen Geflecht, dem so genannten Polyester-Scrim, beschichtet, um das aktive Material zu stabilisieren. Damit lässt sich die Zyklenfestigkeit praktisch verdoppeln.
Ultra-Batterie kombiniert Bleibatterie und Super-Kondensator
Noch einen Schritt weiter geht inzwischen die Entwicklung mit der AGM-Batterie (Absorbent Glass Mat), bei der die Säure in einem Vlies aus Mikroglasfasern vollständig gebunden ist. Damit lässt sich die schädliche Säureschichtung unterbinden. Zudem stabilisiert der hohe Pressdruck den Elektrodensatz und minimiert den Verlust des aktiven Materials. Diese nochmalige Verdopplung der Zyklenstabilität macht AGM-Batterien rund doppelt so teuer wie herkömmliche Nassbatterien, was vor allem der weit höheren Präzision bei der Produktion geschuldet ist, so Manfred Gelbke, Entwicklungschef bei Moll Batterien.
Selbst für den Einsatz in Mikrohybrid-Anwendungen, bei denen häufig Bremsenergie zurückgespeist werden muss, sieht er sich mit der AGM-Batterie gut gerüstet. Was aber nicht heißt, dass die Bleibatterie-Fraktion nicht schon weiterdenkt: Am Horizont zeichnet sich zum Beispiel die Ultra-Batterie ab, eine integrierte Kombination von Bleibatterie und Super-Kondensator. Das würde die Ladedynamik und damit die Einsatzmöglichkeiten für Hybride weiter steigern.
