Die Schweiz ist in der Batterieproduktion ein kleines Licht. Im Jahr 2018 exportierte das Land Akkumulatoren und Batterien im Wert von lediglich 182 Millionen Franken, welche in der Schweiz von Firmen wie Swatch, Leclanché, Ecovolta und anderen hergestellt wurden. In der Erforschung neuer Batterietechnologien hingegen ist sie eine Grossmacht.
Woran hierzulande geforscht wird, das mündet bereits heute in umsatzstarke Produktentwicklungen von Startups und Grosskonzernen im Wert von mehreren Milliarden Dollar – teils marktreif bis zum Autolenker und zur Steckdose.
Die grössten Profiteure der Schweizer Batterieforschung sind alle weltgrössten Automobilhersteller und Stromversorger in Europa, Asien und den USA. Das Geschäft ist weltumspannend, die Innovation spielt sich dafür bis in den letzten Winkel der Kantone zwischen Genf und Appenzell ab. Entscheidend für die Schweiz wird sein, wer die Patente und Lizenzen der neuen Batterietechnologien halten wird, wenn es schon keine grosse Batterieproduktion im Land gibt.
Den Grundstein für den Batterie-Boom legte US-Wissenschafter John Goodenough, der mit seinen Kollegen, dem Japaner Akira Yoshino und dem Angelsachsen Stanley Whittingham, im Oktober den Nobelpreis für die Erfindung der Lithium-Ionen-Technologie erhielt. An der Neu- und Weiterentwicklung forschen nun Wissenschafter des Materialforschungsinstituts Empa, des Paul Scherrer Instituts, der ETH und viele Schweizer Industriefirmen.
Das grösste Problem bei der Erforschung neuartiger Batterien und Akkus in der Schweiz ist die Finanzierbarkeit bis zur Marktreife. Die Branche klagt häufig darüber, wie oft Banken eine erfolgreiche Kommerzialisierung verhindern würden. Sie sind so risikoavers, dass meist das Risikokapital fehlt. Da braucht es Unternehmergeister wie Swatch-Chef Nick Hayek, die bereit sind, Millionen in Projekte zu investieren, die auch scheitern können.
Der zweite Begrenzungsfaktor liegt in der Physik: Die Energiedichte einer Batterie pro Gewichts- oder Volumeneinheit hat sich zwar verbessert. Aber man ist bald an der Grenze des Machbaren angelangt bei Lithium-Ionen-Akkus in Smartphones und E-Mobilen. An der Leistung wird zwar noch geschraubt. Bald sollen auch Flugzeuge damit betrieben werden. Doch es braucht eine neue Revolution, wie sie Volta und Goodenough vorgezeigt haben, wenn Batterien noch leistungsfähiger und nachhaltiger werden sollen, mit mehr Ladezyklen und längerer Lebensdauer. Im Labor ist man schon so weit. Luftbatterien und Elektrolytbecken mit geschmolzenen Salzen sind nicht mehr nur Zukunftsvision. Nur zur Marktreife haben es diese neuen Ansätze noch nicht geschafft. Es fehlen der Mut und das Geld. Nicht das Know-how.
Dieser Text erschien erstmals am 19. Oktober 2019.
Der Uhrenhersteller Swatch Group gehört zu den mutigsten Firmen der jüngeren Batterieforschung. Dafür hatte die Konzernfamilie Hayek vor gut elf Jahren Belenos gegründet. Belenos begann mit der Erforschung einer neuen Technologie, die 30 Prozent mehr Leistung und die doppelte Lebensdauer bei halbierten Ladezeiten bringen sollte. Besonders für Elektroautos war die auf Vanadiumpentoxid basierende Eigenentwicklung gedacht.
Doch der Plan ist bisher nicht von Erfolg gekrönt. Hatte es die Gruppe bis vor einem Jahr noch eilig, Neuigkeiten in der Batterietechnologie zu verkünden, gibt man sich heute schweigsam. Die Firma hat das Projekt bis dato nicht zum Fliegen gebracht. Der Verwaltungsrat beschloss daher, Innovationen neu zu denken und setzt nun auf Lithium. Bekanntheitsgrad erlangte Belenos vor allem mit US-Schauspieler George Clooney. Er ist Botschafter der Swatch-Uhrenmarke Omega und im Verwaltungsrat von Belenos.
Das zweite Batteriestandbein des Konzerns ist der Knopfzellenhersteller Renata, der sich auf Kleinbatterien spezialisiert hat, wie sie in den hauseigenen Uhren zum Einsatz kommen. Dessen Forschungsleiter Pascal Häring hat inzwischen mehr Verantwortung bei Belenos übernommen. An den hehren Zielen leistungsfähiger Batterien für Uhren und Autos hält man fest. Gut 34 Millionen Franken wurden bisher in Belenos investiert. Mehr als dreissig Mitarbeitende basteln dort nun an der Batterierevolution.
Bislang war der Batteriehersteller Leclanché aus Yverdon ausschliesslich auf Akkus für Schiffe, Züge, Busse, Industrieanlagen und Stromnetze ausgerichtet. Jetzt beginnt die Firma mit dem Einstieg in den PKW-Markt und bietet bereits kleinere Akku-Serien für Autokonzerne mit Hybridexpertise an. Im Markt geht man vom weltgrössten Autohersteller Toyota als erstem Kunden aus. Die Leclanché-Batterien sollen auch bei LKW-Herstellern und für die Bodeninfrastruktur von Flughäfen zum Einsatz kommen.
Dabei setzt die Firma auf altbewährte Lithium-Ionen-Technologie. Die Entwickler von Leclanché gehen davon aus, dass sich in den nächsten fünf bis zehn Jahren an der bestehenden Batterietechnologie in der Herstellung nichts wesentlich ändern wird. Vor allem dann, wenn es um den Verkauf umsatz- und gewinnrelevanter Stückzahlen gehen soll. «Unser Fokus liegt darauf, was konkret produziert werden kann, und weniger auf der Erforschung revolutionärer Technologien im Anfangsstadium», sagt Technologiechef Pierre Blanc. Denn für Leclanché stehen Produktion, Produkteinführung und Geldverdienen derzeit an oberster Stelle. Die Firma sieht sich damit in der letzten Phase des Turnarounds. In den vergangenen Jahren hat Leclanché Verluste geschrieben: 2017 rund 35 Millionen Franken, 2018 mehr als 52 Millionen. Gut 10 Prozent des Umsatzes 2018, also rund 6 Millionen Franken, steckt die Firma in die Entwicklung marktfähiger Produkte.
Ein Familienunternehmen aus dem Appenzell, vor zwanzig Jahren gegründet, 120 Mitarbeitende und ein Umsatz in mittlerer zweistelliger Millionenhöhe: Man käme nicht auf die Idee, dass Wyon das Powerhouse der Schweizer Batterieentwicklung im Life-Science-Bereich ist. Doch in gewissen Marktnischen ist es sogar Marktführer. Etwa bei Hörgeräten, diagnostischen Anwendungen und Implantaten. Zu den Kunden gehören weltweit agierende USTech-Riesen ebenso wie kleine Startups in Europa, Amerika und Israel, für die Wyon zahlreiche Entwicklungsaufträge ausführt.
Der Knüller der Familienfirma: Mikro- und Miniaturbatterien im Kunststoffgehäuse statt in Metall eingepackt. «Bei Metall ist man beschränkt auf zylindrische und prismatische Formen», erklärt Peter Wyser, zuständig für die Marktentwicklung. «Mit einer Kunststoffummantelung können wir uns zum Beispiel an anatomische Gegebenheiten anpassen.» Wyon kann auf diesem Weg kleinste Batterien mit viel Kapazität für den Medtech-Bereich designen. Wobei das Innenleben der Batterie auf der vorhandenen Lithium-Ionen-Technologie basiert, nur eben in Mikromechanik hergestellt. Auch die Anzahl der Ladezyklen ist wesentlich grösser als bei herkömmlichen Batterien von Elektrogeräten wie Handys, Uhren und Laptops. Die Batterie ist auf die nötige Lebensdauer der Anwendung ausgerichtet: 2000 Ladezyklen und mehr, mit einer Lebensdauer von mindestens fünf Jahren.
Der Chef des Basler Batterieherstellers Innolith wird eingedeckt mit Anfragen von den bedeutendsten Konzernbossen der Welt. Sie interessieren sich für Firmenchef Alan Greenshields’ neue Superbatterie: eine Batterie mit einem anorganischen Elektrolyten, woraus die organischen Stoffe eliminiert wurden. «Unser Durchbruch ist, aus einer bekannten Klasse anorganischer Elektrolyte erstmals langlebige Systeme zu bauen. Und das mit 50'000 Ladezyklen und mehr – getestet und erprobt», sagt Greenshields. Es ist das Ergebnis langjähriger Forschungsarbeit.
Innolith führt bereits Gespräche mit Grossunternehmen aus Europa, den USA und China, aus den Bereichen Automobil und Stromversorgung, um seine Batterie zu testen, zu verkaufen und einzusetzen. Auch hier bilden Lithium-Ionen zwar die Basis. Aber der Elektrolyt zwischen Plus- und Minuspol ist eine nicht brennbare Flüssigkeit, eine im Vergleich zu anderen Batterien gefahrlose Substanz. Kompakte Handy-Akkus können die Sprengkraft einer Handgranate entwickeln, Grossbatterien mit einer Megawattstunde Leistung jene von 0,8 Tonnen TNT.
Bei US-Stromversorgern ist die Superbatterie bereits im Einsatz. Nun ist es auch für E-Autound Smartphone-Hersteller die neue Zauberformel: hohe Leistung auf engem Raum bei langer Lebenszeit mit einem neuen Elektrolyten. Innolith ist das gelungen. Jüngste Anfragen ereilten Greenshields zuletzt von Flugzeugherstellern.
Der Batterieproduzent Ecovolta mit Sitz im Kanton Schwyz gehört zu den hemdsärmeligen Batteriefirmen des Landes. Hier wird mit sechzig Mitarbeitenden mehr produziert als geforscht. Ecovolta ist die Batteriedivision der Schweizer Nachhaltigkeitsfirma Ecocoach. Das Angebot reicht von Batterie-Packs über Smarthome-Lösungen bis hin zu Elektromotoren für Holzboote und E-Motorräder.
Der Fokus von Ecovolta liegt vor allem auf der Herstellung kundenspezifischer Anwendungen, weniger auf Elfenbeinturmlösungen für die Batterie von morgen. Auf einem Werkareal von 7500 Quadratmetern werden Lithium-Ionen-Batterie-Packs unterschiedlicher Leistungsklassen produziert. Jährlich werden 200 Megawattstunden Batteriezellen zu Akku-Packs konfektioniert. Gut 80 Prozent der Produktion sind standardisierte Traktionsbatterien, von denen monatlich 200 Stück hergestellt werden. Darunter etwa Traktionsbatterien für Gebäudespeicher und Hochstrom-Akkus. «Wir ermöglichen hohe Leistungen ohne aktive Kühlung bei hoher Sicherheit», sagt Ecovolta-Vertriebschef Matthias Gienal. Kurzum: Batterien, die etwas leisten und etwas aushalten.
Zum Beispiel mobile Energielösungen, Powerpakete auf Rollen mit 8 Kilowattstunden Energie, die wie Dieselgeneratoren funktionieren. Zu den bekanntesten Kunden gehören der Kommunalfahrzeughersteller Aebi Schmidt, der E-LKW-Produzent E-Force One und der Baumaschinenhersteller Leiser.
- 1780: Luigi Galvani entdeckte bei Froschschenkeln Muskelkontraktionen, wenn sie Metall berührten, und stellte einen Stromkreis aus Metall und Elektrolyt, dem Salzwasser im Froschschenkel, her.
- 1800: Der Italiener Alessandro Volta entdeckte setzte Galvanis Arbeit fort und erfand die erste funktionierende Batterie: geschichtete Kupfer- und Zinkplatten, dazwischen säuregetränkte Textilien.
- 1866: Georges Leclanché patentierte die erste (heute nicht mehr verwendete) «Nassbatterie» – eine Batterie mit flüssigem, später geliertem Elektrolyt, die zum Vorläufer der Trockenbatterie wurde.
- 1980: Seit kurzem ist John Goodenough Nobelpreisträger, er tüfftelte zudem als der Miterfinder am Lithium-Ionen-Akku, der bis heute in Handys, Laptops, Kameras und E-Autos zum Einsatz kommt.
- 1997: Unter anderem setzt der US-Autobauer Tesla auf Lithium-Polymer-Akkus, eine spezielle Bauform des Li-Ionen-Akkus: festes bis gelartiges Elektrolyt auf Polymerbasis, industriell formbarer.