Wir sind der eigentliche Pionier der Feststoffbatterie

03.03.2021

Sie sind der einzige Hersteller von Feststoffakkus für E-Fahrzeuge in industriellem Maßstab – und dennoch kaum im Rampenlicht: Blue Solutions hat bereits vor Jahren Batterien mit festem Elektrolyt entwickelt und kommerzialisiert. Prominentester Abnehmer ist Daimler, der seinen E-Bus mit der Technologie aus der Bretagne anbietet.

Wir haben mit Geschäftsführer Jean-Luc Monfort über Pionierarbeit und Forschungs-Ausdauer, den wachsenden Kundenkreis und Anwendungsfälle für die Feststoff-Technologie geredet. Auch auf Europa sind wir zu sprechen gekommen: „Wenn die europäische Industrie auf dem Gebiet der Feststoffakkus erfolgreich sein will, sind wir überzeugt, dass wir auf europäischer Ebene zusammenarbeiten müssen“, betont Monfort.

Blue Solutions setzt ausschließlich auf Batterien auf Basis eines selbst entwickelten Lithium-Metall-Polymers (LMP®), die bereits 2012 in ihrer aktuellen Elektrochemie-Zusammensetzung Marktreife erreicht haben. Gefertigt werden die Batterien am Hauptsitz in Quimper in der französischen Bretagne und im kanadischen Montreal. Die Firma beschäftigt rund 400 Mitarbeiter, verfügt über mehr als 1.700 Patente und profitiert laut Monfort erheblich vom Know-how der Muttergesellschaft Bolloré – unter anderem mit Blick auf Extrusionsverfahren. Innerhalb der Bolloré-Gruppe erlebten die Feststoffakkus zunächst auch ihre ersten Einsätze – im Carsharing- und Busbereich (BlueCar, BlueBus). Fast unbemerkt von der Branche ist der externe Kundenkreis inzwischen angewachsen – mit Daimler als Schlüsselkunde und mit weiteren europäischen Vertragspartnern, die Blue Solutions in den kommenden Monaten enthüllen will.

Herr Monfort, wie kommt es, dass Blue Solutions eine Technologie auf dem Markt hat, an der andere Unternehmen, Entwicklungszentren und Universitäten noch forschen?

Es gibt verschiedene Lösungensansätze für Festkörperbatterien. Wir setzen auf Lithium-Metall-Poymere (LMP®), was gleichzeitig unsere Technologie beschreibt: Sie basiert auf einem festen Elektrolyt und einer Lithium-Metall-Anode. Das sind die beiden Hauptmerkmale, unsere Kathode kommt einer Standardkathode in Lithium-Ionen-Batterien sehr nahe, nur dass wir Eisenphosphat statt NMC verwenden.

Um auf Ihre Frage zu kommen: Wir blicken auf eine lange Entwicklungsgeschichte zurück. Sie begann in Kanada mit Hydro Quebec, einem québecischen Energieunternehmen, und auch in Frankreich bei Bolloré. Beide Ansätze basierten auf einem Patent von Dr. Michel Armand, einem in der Welt der Elektrochemie recht bekannten Forscher, der in den 1980er Jahren feststellte, dass sich Lithium als Material für Batterien eignet. Bolloré begann seine Studien Ende der 1990er Jahre und entwickelte 2001 in Quimper eine erste Pilotlinie. Hydro Quebec erforschte die Technologie ab 1995. Tochterfirmen beider Unternehmen wurden 2007 zusammengelegt und auf der Grundlage beider Patentrechte begannen wir 2012 mit dem Aufbau der ersten Produktionslinien für unsere LMP®-Batterien. Wir haben daraufhin in den letzten acht Jahren unsere Industrialisierung vorangetrieben, unsere Prozesse verbessert, unsere Ausbeute gesteigert – um heute in der Lage zu sein, diese Batterien im Markt zu haben.

Sie haben also viel früher angefangen als die meisten anderen?

Man könnte sagen, wir sind der eigentliche Pionier der Feststoffbatterie. Wir kommen auf mehr als 20 Jahre Entwicklung und etwa 15 Jahre Industrialisierung. Unsere ersten Samples mit der heutigen Elektrochemie stammen aus dem Jahr 2005. Wenn man eine neue Technologie entwickelt, vergeht in der Regel eine lange Zeit zwischen den ersten Samples und der Massenproduktion. Wir denken, dass viele Mitbewerber die Zeit unterschätzen, die von den ersten Mustern bis zur echten Serienfertigung benötigt wird. Wobei das natürlich abhängig vom Grad der Innovation ist: Wenn Sie nur eine Chemie-Variante entwickeln, ist das weniger komplex. Aber wenn man ein völlig innovatives Konzept kreiert, braucht man viel Zeit, um alle Parameter abzustimmen und alle Komponenten der Batterie gut zusammenzusetzen.

Festkörperbatterien werden häufig als Durchbruch in der Batterietechnik bezeichnet, was sagen Sie dazu?

Wonach alle suchen, ist das Rezept, um Festkörperbatterien bei „Raumtemperatur“ zu betreiben, also bei etwa 20 Grad. So weit sind wir noch nicht, wir müssen unsere LMP®-Batterien auf 50 bis 80 Grad aufheizen, je nach Anwendung. Der Punkt, warum Feststoffbatterien im Fokus stehen, ist der, dass man damit der Gefahr des Thermal Runaway entgeht. Feststoff- ist sicherer als die aktuelle Lithium-Ionen-Batterietechnologie. Hinzu kommen die Vorteile der Lithium-Metall-Anode, die eine zehnmal höhere spezifische Energie hat als die in Lithium-Ionen-Batterien verwendete Graphit-Anode. Das sind also die Hauptvorteile von Solid-State-Batterien, höhere Energiedichte, höhere Stabilität – und deshalb forschen so viele daran.

Es gilt jedoch andererseits, einige Herausforderungen zu meistern, da wären die Rohstoffpreise und auch die Entwicklung der Prozessverfahren. Unser großer Vorteil ist, dass Bolloré ein traditioneller Hersteller von ultradünnen Folien via Extrusion ist. Das sind Verfahren, die in den 1960er Jahren entwickelt wurden, wir beschäftigen uns also schon sehr lange mit diesen Techniken. Bolloré ist heute in der Lage, zwei Mikrometer dünne Folien für die Industrie zu produzieren. Und wir haben uns entschieden, dieses Verfahren zu nutzen, um eine sehr dünne Elektrolyt-Polymer-Schicht herzustellen. Was die Lithium-Anoden-Produktion betrifft, so wurde das Prozessverfahren hauptsächlich von Hydro Quebec entwickelt. Heute sind diese beiden Prozesse die Basis für unsere LMP®-Batterien.

Wie viel Produktionskapazität haben Sie in Ihren Fabriken?

Wir haben zwei Linien mit einer Kapazität von 500 MWh pro Jahr, eine in Quimper in der Bretagne und die zweite in Montreal in Quebec. Und wir sind dabei, neue Linien zu bauen: Die dritte Linie wird gerade in Quimper installiert. Unser Ziel ist es, schnell auf 1,5 GWh pro Jahr zu wachsen. Im Moment haben wir unsere beiden Anlagen voll ausgelastet – und zwar mit einer Vier-Schicht-Produktion, das heißt, wir produzieren 24 Stunden am Tag, sieben Tage die Woche.

Können Sie uns Ihre LMP®-Batterie anhand einiger Kennzahlen näher beschreiben?

Die Werte können je nach Markt variieren, je nachdem, was die Kunden wünschen. Aber wir sind heute in der Lage, Zellen zu liefern, die eine Energiedichte von mehr als 250 Wh/kg haben – eine Eigenschaft, die speziell von Buskunden nachgefragt wird. Außerdem sind wir in der Lage, über 4.000 Zyklen mit voller Batteriekapazität zu garantieren.

Der kWh-Preis von Feststoffbatterien ist vergleichbar mit dem von Lithium-Ionen-Batterien, aber wenn Sie die Gesamtbetriebskosten und die zusätzlichen Vorteile von Solid-State wie die einfache Integration, die höhere Reichweite bei extrem heißen und kalten Temperaturen und eine viel längere Garantie berücksichtigen, sind unsere Batterien für bestimmte Anwendungen und Märkte oft wettbewerbsfähiger als Lithium-Ionen-Batterien.

Sie erwähnen die Reichweite – die fällt größer aus?

Wir bieten Kunden eine größere Reichweite als Lithium-Ionen-Batterien, weil wir nur ein Heiz-, aber kein Kühlsystem benötigen. Das gibt mehr Raum für zusätzliche Batteriekapazität.

Wir haben schon häufiger über die Elektrobusse Ihrer Schwesterfirma BlueBus berichtet, die mit Ihrer Technologie ausgestattet sind. Machen Ihre Festkörperbatterien nur in Bussen Sinn oder ist auch ein Einsatz in Pkw oder anderen Nutzfahrzeugen wie Transportern oder Lkw möglich?

Wenn man die Batterie bei einer Betriebstemperatur zwischen 50 und 80 Grad Celsius hält, kann man sie in jeder Anwendung einsetzen. Aber um ehrlich zu sein, gibt es andere Limits: Wir haben unsere Batterien um 2015 an PSA für ein Fun-Car verkauft, aber der kommerzielle Erfolg blieb aus. Bevor man das Auto benutzen konnte, musste man die Batterie auf Betriebstemperatur bringen, was einige Zeit dauerte. Das Auto nicht nutzen zu können, wann immer man will, ist aber nicht massenmarkttauglich. Das ist der Grund, warum unser Produkt zu Kunden passt, die dessen Dauereinsatz planen. Busse sind dafür prädestiniert. Aber auch Lieferwagen auf der letzten Meile oder Industriefahrzeuge in Häfen und Flughäfen sind für diesen Anwendungsfall gut geeignet.

Sind Ihre Feststoffbatterien mit jeder Busmarke kompatibel? Was sind die technischen Anforderungen an das Chassis der Busse, um Ihre Batterien zu integrieren?

Das ist eine sehr gute Frage, denn das ist einer der Vorteile unserer Batterien. Wir brauchen kein Kühlsystem, das macht unsere Batterien zu einer Plug&Play-Lösung. Bei sechs Packs, da reden wir von großen Dimensionen. Dennoch können sie zum Beispiel auf dem Busdach untergebracht werden – und es macht nichts, wenn die Sonne darauf scheint. Im Gegenteil, das hilft, sie auf ihre Betriebstemperatur zu bringen. Wir haben das Beispiel eines Kunden, der innerhalb von sechs Monaten Elektrobus-Prototypen entwickeln konnte, was eine enorme Leistung ist. Er verwendete ein bereits existierendes Busmodell, das nur am Dach angepasst werden musste, um die Packs zu installieren.

Wann haben Sie sich denn entschieden, Ihre Festkörperbatterien an Dritte zu verkaufen?

Da es schwierig war, die Zuverlässigkeit unserer Technologie gegenüber externen Kunden ohne Anwendungsbeispiele zu beweisen, begannen wir zunächst, sie in unseren gruppeneigenen Anwendungen – BlueCars und BlueBus – zu verwenden. Vor drei Jahren starteten erste Gespräche mit verschiedenen Busherstellern, vor allem aber mit Daimler. Anfang 2019 haben wir dann mit Daimler eine Entwicklungsvereinbarung unterzeichnet. Generell waren wir seit 2015/16 offen, an externe Kunden zu liefern.

Es ist in Deutschland nicht sehr bekannt, dass Sie Ihre Festkörperbatterien an Daimler liefern. Können Sie uns eine kurze Zusammenfassung geben, wie sich diese Partnerschaft entwickelt hat?

Sie haben Recht, wir haben nicht viel über unsere Technologie kommuniziert und waren auf internationalen Konferenzen nicht sehr präsent. Wir dachten, es sei besser für uns, die interne Entwicklung voranzutreiben. Daimler hat schon immer nach Innovationen gestrebt. Wir wurden 2017 von ihnen kontaktiert, wir erklärten ihnen unsere Produkte, gaben ihnen Muster und wir machten Tests für sie. Daimler wollte anschließend wissen, ob wir ein spezifisches Pack für ihre Busse entwickeln könnten. Sie verstanden seinerzeit, dass sie ihren Kunden zwei Batterietechnologie-Optionen anbieten können: Lithium-Ionen-Batterien mit NMC-Chemie und Festkörper-LMP®-Batterien mit höherer Reichweite und längerer Garantiezeit. (Anm. d. Red.: Beide Batterie-Optionen kündigte Daimler bei der Vorstellung des eCitaro im Sommer 2018 an. Auch im etwas zeitversetzt gelaunchten Gelenkbus eCitaro G werden beide Versionen angeboten.)

Als Daimler Sie bat, die Batteriepacks zu individualisieren – um was ging es da? Unterscheiden sich die Packs von denen, die zum Beispiel im BlueBus verwendet werden?

Ja, sie unterscheiden sich von denen, die wir in unserer ersten Generation von Bussen einsetzen. Wir stellen 450-Volt-Batteriepacks für den BlueBus her, Daimler bat uns, 650-Volt-Packs zu entwickeln. Zweitens verlangten sie bestimmte Abmessungen, um ihre Lithium-Ionen-Batteriepacks durch LMP®-Packs ersetzen zu können. Und natürlich haben wir die Software-Eigenschaften nach ihren Vorgaben entwickelt, damit die Kommunikationsprozesse zwischen Bus und Batterie funktionieren. Wir haben zwei Jahre lang kontinuierlich zusammengearbeitet, um die Packs zu individualisieren – einschließlich aller Sicherheitskriterien, die Daimler grundsätzlich einfordert. Das Ergebnis ist, dass Daimler auf ein Kühlsystem verzichten und ein siebtes Pack in den eCitaro einbauen konnte, was ihnen die Möglichkeit gibt, 441 kWh Batteriekapazität in einem Bus zu erreichen. Das war eine echte Herausforderung, ein großes Projekt, das wir sehr zu schätzen wissen.

Darüber hinaus haben wir unsere Roadmap mit der von Daimler abgestimmt. Konkret haben wir bereits eine neue Generation von Batterien in der Entwicklung für sie. Aber es liegt an ihnen, dies anzukündigen.

Können Sie uns in diesem Zusammenhang sagen, wie viele Feststoffbatterien Sie derzeit an Daimler liefern?

Diese Information kann ich nicht preisgeben. Alles, was ich sagen kann, ist, dass wir einen Liefervertrag haben und dass wir ihnen die Menge liefern, die sie benötigen.

Haben Sie bereits andere Kunden oder potenzielle Kunden?

Wir haben bereits andere Kunden und auch viele interessierte Firmen. Die Busindustrie stellt massiv auf Elektrobusse um. Das gilt nicht nur für Europa, sondern überall auf der Welt. Das spüren wir. Im Laufe des Jahres werden wir weitere neue Kunden bekannt geben.

Zu unseren Bestandskunden gehört unter anderem die französische Firma Actia. Sie integriert unsere Batterien in Anwendungen ihrer Kunden auf der ganzen Welt, zum Beispiel beim australischen Fahrzeughersteller Custom Denning. Wir haben in diesem Kontext damit begonnen, ihnen Batterien für Elektrobusse zu liefern, die in Australien eingesetzt werden. Ein weiterer Bestandskunde ist der französische Hersteller Gaussin, der Elektro-Spezialfahrzeuge für die Hafenindustrie in Neuseeland, Katar, der Elfenbeinküste, etc. liefert. Das Unternehmen hat Kunden auf der ganzen Welt, auch in Asien. Und es hat ein Swapping-System entwickelt, um die LMP®-Batteriepacks ihrer Fahrzeuge alle zwölf Stunden auszutauschen, so dass sie 24 Stunden pro Tag mit zwei Packs fahren können.

Wir haben auch einen Vertrag mit dem französischen Netzbetreiber RTE zur Entwicklung eines 30-MWh-Projekts in Südfrankreich – also eine stationäre Anwendung unserer Batterien. Und wir entwickeln für Afrika einige lokale stationäre Speicher, die tagsüber Solarenergie speichern, um sie für die Nacht zur Verfügung zu stellen. Insbesondere in Dörfern, die nicht an das Netz angeschlossen sind. Das sind keine großen Speicher, aber sie sind zahlreich, so dass dabei auch Megawattstunden zusammenkommen.

Das ist also unser aktuelles Kundenportfolio. Weitere Verträge mit europäischen Kunden sind bereits unterzeichnet, aber ich kann sie noch nicht bekannt geben. Übrigens sehen wir ein wachsendes Interesse von Akteuren im Bereich der Transporter und größerer Lkw.

Im Moment gibt es eine Menge europäischer Initiativen, um die Kräfte im Batteriesektor zu bündeln. Sind Sie an einer davon beteiligt?

Europa ist bekanntlich spät dran – später als die asiatischen Länder. China und Korea haben die Lithium-Ionen-Batterie-Industrie weit vor Europa entwickelt. Und dann ist da noch Tesla, der einzige Akteur in den USA, der sich durch seine Partnerschaft mit Panasonic wirklich dazu entschlossen hat, massiv Lithium-Ionen-Batterien zu entwickeln.

Da die Souveränität der europäischen Automobilindustrie abhängig von der Batterieproduktion ist, sind wir überzeugt, dass wir uns am europäischen Batterie-Ökosystem beteiligen müssen. Dafür haben wir unsere Bemühungen verstärkt, uns den professionellen Organisationen und Verbänden in Europa anzuschließen. Zum einen haben wir direkten Kontakt zur EU-Kommission, zum anderen sind wir Teil des Exekutivkomitees der Battery European Partnership Association (BEPA) und auch der RECHARGE Association, die sich mit der Regulierung von Batterien beschäftigt. Dann sind wir Mitglied der EBA 250, also der European Battery Alliance. Natürlich nehmen wir auch an der neuen europäischen Rohstoffinitiative teil, die 2020 gestartet ist. Schließlich sind wir auch Teil der European Association for Storage of Energy (EASE). Wir verstehen und glauben also, dass wir die europäische Zusammenarbeit verbessern müssen, und wir sind offen für industrielle Kooperationen, um die Entwicklung und Verfügbarkeit von Festkörperbatterien für Elektro-Pkw zu beschleunigen. Das ist etwas, an das wir glauben.

Was halten Sie vom sogenannten ersten IPCEI, das hauptsächlich von Deutschland und Frankreich vorangetrieben wurde und in Frankreich unter dem Namen “Airbus der Batterie” bekannt ist?

Wir glauben, dass dieses Projekt eher übereilt geplant wurde. Wir positionieren uns eher mit Blick auf die nächste Generation von Batterien, sprich: Festkörperbatterien, die bei „Raumtemperatur“ einsatzfähig sind und damit auch für die Pkw-Industrie taugen.

Ist das konkret Ihr nächstes Ziel in Bezug auf die Weiterentwicklung Ihrer Technologie?

Ja, unser Ziel ist es, Festkörperbatterien zu bauen, die bei 20 Grad Celsius oder sogar noch niedrigeren Temperaturen laufen können. Das ist ein Entwicklungsprojekt, das wir schon vor einigen Jahren begonnen haben. Im Labor haben wir bereits Batterien, die bei „Raumtemperatur“ arbeiten. Wir planen, diese Batterien im Jahr 2026 an OEMs auf industrieller Ebene liefern zu können.

Zurzeit führen wir bereits Tests mit Zellen durch, um zu sehen, ob sie mehr als 1.000 Zyklen für die Autoindustrie schaffen können. Pkw sind weniger anspruchsvoll in Bezug auf die Lebensdauer der Batterien als Busse oder stationäre Energiespeichersysteme. Wir wollen also diesen Markt angehen. Wir wissen, dass wir auf diesem Markt nicht allein sein werden, daher sind wir offen für Kooperationen und Partnerschaften innerhalb Europas zu diesem Zweck.

Wir beteiligen uns an der globalen Bewegung und denken, dass wir als erfahrenster Hersteller von Festkörperbatterien zu denjenigen gehören, die in der Lage sind, die nächste Batterie-Generation auf den Markt zu bringen. Wenn die europäische Industrie in der Festkörpertechnologie erfolgreich sein will, ist eine Zusammenarbeit auf europäischer Ebene notwendig. Davon sind wir überzeugt.

Quelle:„Wir sind der eigentliche Pionier der Feststoffbatterie“ – electrive.net