Elektromobilität: Die Zellen der Zukunft

Elektroautos sind wegen ihrer Batterien so teuer. Tesla löst das Problem durch eine eigene Zellfabrik. BMW heizt dagegen den Lieferanten-Wettbewerb an, um die Entwicklung zu beschleunigen.

Das waren die wilden Jahre der Elektromobilität. Damals als Tesla eine kleine Klitsche war, die die Welt retten wollte. Ihr exzentrischer Chef hatte mehr Ahnung von Software als von Autos. Durch Zufall und für kleines Geld fiel Elon Musk eine ausgediente Toyota-Fabrik in den Schoß. Die Produktion in Fremont/Kalifornien startete in halb leeren Werkshallen. Im ersten vollen Produktionsjahr wurden 22 300 Model S größtenteils von Hand zusammengeschraubt. Trotzdem kündigte Musk im Jahr 2014 Milliarden-Investitionen in eine eigene Zellfabrik an. Die Prognose, im Jahr 2020 bis zu 500 000 Stromer zu bauen, erschien als purer Größenwahn. Nächstes Jahr hat Tesla tatsächlich die erste Million Fahrzeuge erreicht. Und die Autowelt ist eine andere.

Heute wundert sich niemand mehr, wenn der Tesla-Boss in wenig mehr als zwölf Monaten eine Autofabrik bei Berlin hochziehen will. Bayerns Ministerpräsident Markus Söder (CSU) findet die neue Wettbewerbersituation "super". Was Bayern jetzt brauche, sei "Speed und Spirit", so der Bayer. Man müsse sich sputen, um bei der Elektromobilität und der künstlichen Intelligenz international mithalten zu können. Zuletzt habe sich die deutsche Autoindustrie ja eher mit sich selbst beschäftigt und ihre Vorstandsvorsitzenden ausgetauscht. Und der Bundeswirtschaftsminister bastelt derweil an einer deutschen Zellfabrik. Stattdessen solle man lieber mit erfahrenen Zellherstellern wie CATL kooperieren, fordert Ferdinand Dudenhöffer: "Wir sollten nicht in Aachen und Münster mit einer Batterieforschungsfabrik das Rad nochmals erfinden", so der Autoexperte, "sondern gemeinsam mit den Champions die Zellmaterialien weiterentwickeln. So würden Steuermilliarden richtig investiert."

Anders als vor fünf Jahren ist es heute fraglich, ob eine exklusive Zellfertigung überhaupt Vorteile bringt. Bis 2010 waren reine Stromer doppelt so teuer wie vergleichbare Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren. 2015 lag der Preisaufschlag noch immer bei 41 Prozent. Das hat die Unternehmensberatung Horváth & Partners ermittelt. Schuld waren die Zellen aus der Kleinserie. Außer Tesla konnte sich niemand vorstellen, Elektroautos mit großen Batterien für die Langstrecke zu bauen. BMW setzte mit dem BMW i 3 auf den urbanen Verkehr und kürzere Reichweiten - mit mäßigem Erfolg: Der kleine Stromer ist doppelt so teuer wie übliche Stadtautos. Bei Luxusfahrzeugen wie dem Model S ließ sich der Batterie-Aufschlag leichter im Preis verstecken.

Mittlerweile ist viel Geld in die Zellforschung und in neue Großfabriken (auch in Europa) geflossen. CATL, der weltgrößte Hersteller von Lithium-Ionen-Akkus aus China, investiert 1,8 Milliarden Euro in Thüringen. Erster Kunde des Erfurter Batteriezellen-Werks ist BMW. Vor dem Hintergrund einer langjährigen Zusammenarbeit in China haben die Münchner gerade das Auftragsvolumen an die Chinesen auf 7,3 Milliarden Euro erhöht. "Wir haben die Ansiedlung von CATL in Deutschland intensiv unterstützt und begleitet", sagt Beschaffungsvorstand Andreas Wendt. Auch die langjährige Zusammenarbeit mit dem koreanischen Rivalen Samsung SDI wird fortgesetzt. Von 2021 bis 2031 sollen Zellen im Wert von 2,9 Milliarden Euro geliefert werden. "Damit sichern wir langfristig unseren Bedarf an Batteriezellen. Jede Zellgeneration wird im globalen Wettbewerb an den technologisch und betriebswirtschaftlich führenden Hersteller vergeben", so Wendt.

Lieber liefern lassen statt selbst machen

Es ist eigentlich wie immer bei BMW: Zwei Lieferanten für dieselbe Komponente sichern die Versorgung, senken die Kosten und spornen sich im Wettbewerb gegenseitig an. Vor diesem Hintergrund wirkt die Frage an den neuen BMW-Chef, ob er eigene Batteriezellen bauen wolle, obsolet. "Es geht nicht um eine einzelne Komponente", antwortet Oliver Zipse bei der Eröffnung der BMW-Zellforschungsfabrik im Münchner Norden, "sondern um die komplette Integration dieser Technologie in die Fahrzeuge". BMW sei der Automobilhersteller mit der höchsten Fertigungstiefe rund um die Elektromobilität: inklusive selbstgemachter Elektromotoren, Batteriepacks und maßgeschneiderter Zellen nach BMW-Vorgaben. Auch der amerikanische Elektro-Wettbewerber produziere seine Zellen nicht selbst, setzt Zipse hinzu. Wo Tesla draufstehe, sei Panasonic drin.

Genau wie die deutschen Hersteller betreiben die Kalifornier eine angepasste Zell- und Batterieentwicklung für genau definierte Fahrzeugmodelle. Tesla hat anfänglich Computer-Rundzellen von Panasonic übernommen und auf ein größeres Format mit mehr Aktivmaterial gebracht. Das Vorgehen hatte Vorteile bei der Energiedichte und den Kosten, rief aber Kritiker wegen der höheren Brandgefahr auf den Plan. Mit dem neuen chinesischen Testzyklus CATC wird das Thema Sicherheit von 2021 an stärker in den Fokus der Behörden rücken. Durch zusätzliche Schutzmaßnahmen gleichen sich die Kostenunterschiede zwischen den verschiedenen Zellformaten aus. Vorteile bei den Stückzahlen hat Tesla auch nicht mehr: Mit der Massenfertigung auf Basis des MEB (Modularen Elektro Baukasten) zieht Volkswagen momentan vorbei.

Horváth & Partners rechnen damit, dass die Zellkosten bis 2025 auf 75 Euro pro Kilowattstunde sinken werden. Das ist mindestens ein Viertel weniger als heute und würde E-Autos auf das Preisniveau von Benzinern bringen. Als Vorreiter dieses Trends ist der VW ID 3 vom nächsten Jahr an für den Preis eines Golf-Dieselmodells erhältlich. Die deutsche Autoindustrie ändert sich also - wachgerüttelt vom kalifornischen Herausforderer. "Wir stehen vor einem Systemwechsel zur Elektromobilität", betont VW-Konzernchef Herbert Diess. Er will 30 Milliarden Euro investieren, um bis Ende des nächstens Jahrzehnts 26 Millionen Stromer und fast sechs Millionen Hybridfahrzeuge auf den Markt zu bringen. Auch BMW will im Jahr 2030 die Hälfte der Neuwagenflotte in Europa elektrifizieren; mehr als die Hälfte der 25 Modelle soll vollelektrisch sein. "Von der heutigen Technologie des BMW i 3 ausgehend verdoppeln wir die Energiedichte unserer Batteriezellen bis 2030 und damit auch die Reichweite für unsere Kunden", verspricht Oliver Zipse.

Anders als vor fünf Jahren kann er sich bei dieser Prognose auf einen funktionierenden Wettbewerb der Zellhersteller verlassen. Unwahrscheinlich, dass irgendwo eine konkurrenzlos gute und günstige Superzelle aufploppen wird. Das Spiel mit Superlativen gehört zwar zur Routine im milliardenschweren Batterie-Business. Zuletzt versprach der englische Staubsauger-Hersteller Dyson eine Durchbruchsinnovation - und ließ vor Kurzem das gesamte Projekt wieder fallen. Tesla will die "Eine-Millionen-Meilen-Zelle" zusammen mit dem kanadischen Wissenschaftler Jeff Dahn von der Dalhousie-Universität entwickeln. Solche Meldungen halten das Interesse der Investoren wach. Auf dem Weg vom Labor auf die Straße entpuppen sich die schnellen Zellrevolutionen jedoch als Marketing-Gag. Zellforscher sprechen von 4000 Faktoren in der Zellchemie, zwischen denen sie einen gangbaren Weg zum Serienprodukt finden müssten.

Die Aral-Studie "Trends beim Autokauf" zeigt, dass sich die Mehrheit der Kunden beim Umstieg auf die Elektromobilität nicht wirklich umstellen will. Der elektrische Erstwagen soll sich wie ein Verbrenner fahren: Bei der Reichweite erwarten sie 531 Kilometer (egal wie oft dieser Radius tatsächlich genutzt wird) und die Schmerzgrenze bei der Ladedauer liegt bei einer halben Stunde. Die Kunden wollen alles zugleich: preiswerte Fahrzeuge ohne Reichweitenangst und mit der unbeschränkten Möglichkeit zum Schnellladen. Der nächste Meilenstein auf diesem Weg könnten Festkörperzellen sein, die ohne flüssige Elektrolyte leichter, energiedichter und weniger feuergefährlich sind. Das hilft, Kosten zu sparen. Doch die Hoffnungsträger mit Lithium-Metall-Anode reagieren allergisch auf häufiges Schnellladen. Das wird eine Herkulesaufgabe für die Zellforscher.