Batterien sind das Rückgrat der Energiewende. Doch ihre Schwächen sind bekannt: begrenzte Reichweite, Sicherheitsrisiken und kritische Rohstoffe. Der neue Technology Outlook der Schweizerischen Akademie der Technischen Wissenschaften SATW) zeigt nun Wege auf, wie diese Herausforderungen überwunden werden können und wie sich daraus auch Chancen für den Innovationsstandort Schweiz ergeben.
Die Lösung für mehr Sicherheit und Leistung bei Batterien könnte tatsächlich aus einer unerwarteten Quelle kommen, der Schweizer Uhrenindustrie. Festkörperbatterien ersetzen den brennbaren flüssigen Elektrolyten herkömmlicher Lithium-Ionen-Batterien durch feste Polymermaterialien. Das Resultat: markant tieferes Brand- und Explosionsrisiko bei gleichzeitig höherer Energiedichte.
Der «Battery Innovation Hub» in Biel macht sich dabei ein Verfahren aus der Uhrenherstellung zunutze. Mit «Physical Vapor Deposition» wird hochreines Lithium-Metall im Vakuum als dünne Schicht aufgetragen. Das ist eine Präzisionstechnik, die unerwünschte Ablagerungen verhindert und damit Speicherkapazität und Lebensdauer erhöht. Die Herausforderung bleibt die Skalierbarkeit: Die Produktion ist noch kostspielig und nur begrenzt für den Massenmarkt geeignet.
Dennoch ist das Potenzial für die Elektromobilität unbestritten. Festkörperbatterien versprechen längere Reichweiten, kürzere Ladezeiten und mehr Sicherheit. All das sind Faktoren, die in Umfragen zur Akzeptanz von Elektroautos regelmässig als Hauptbedenken auftauchen.
Während Festkörperbatterien die Schlagzeilen dominieren, spielt eine wenig beachtete Technologie eine entscheidende Rolle im Hintergrund. TIMs, wärmeleitende elektrische Isolatoren, füllen mikroskopisch kleine Luftspalten in Batterien und schaffen Wärmebrücken, die Überhitzung verhindern und gleichzeitig elektrisch isolieren.
Die Anforderungen an TIMs steigen kontinuierlich. Moderne Elektroautos integrieren Batteriezellen zunehmend direkt in die Karosserie statt in separate Boxen. Gesucht sind deshalb Materialien mit besserer Haftfähigkeit, höherer Festigkeit und gleichzeitiger Elastizität. Und natürlich müssen sie wegen den internationalen Regulatorien auf jeden Fall auch recyclingfähig sein. Ein Wettlauf, in dem China derzeit die Nase vorn hat. Schweizer und europäische Anbieter kämpfen mit den schnellen Designzyklen und dem Preisdruck von chinesischer Seite.
Was tun mit Batterien, die für Elektroautos nicht mehr taugen, aber noch 80 Prozent ihrer Kapazität besitzen? Die Antwort liegt in der Zweitnutzung als stationärer Speicher. Diese Idee verfolgt das Schweizer Unternehmen Modual aus Brunnen.
Seit 2021 verbaut Modual ausgediente Batterien aus Elektroautos und -bussen zu Speichersystemen für Haushalte mit Photovoltaikanlagen. Die Herausforderung gleicht einem Tetris für Fortgeschrittene: Batterien verschiedener Hersteller und Bauarten müssen zu einem funktionierenden Speicher kombiniert werden. Hinzu kommt die Integration mit Wechselrichtern und Haussteuerungssystemen. Nach erfolgreichen Pilotinstallationen startete 2022 die Serienproduktion, 2024 folgte die Skalierung.
Die Vision geht noch weiter, denn die Speicher sollen grösser werden. solche Grossspeicher dereinst vernetzt, entsteht ein virtuelles Kraftwerk, das zur Netzstabilität beiträgt. Künftig sollen die Batterien dort zu Speichern umfunktioniert werden, wo sie anfallen. Dieser dezentrale Ansatz vermeidet den emissionsintensiven Transport.
Doch Elektroautos können weit mehr, als bloss als Batterielieferanten für stationäre Speicher zu dienen. Bidirektionales Laden macht sie selbst zu aktiven Teilnehmern am Stromnetz. Die Fahrzeuge beziehen nicht nur Energie, sondern können bei Bedarf und Lastspitzen Strom zurückspeisen.
Das V2X-Projekt von Mobility und Partnern demonstriert die Machbarkeit der Technologie. 50 bidirektionale Fahrzeuge an 40 Standorten stellen ihre gebündelten Batteriespeicher zur Stabilisierung der Stromnetze zur Verfügung. Dabei bleiben sie aber für die Kund:innen jederzeit verfügbar. Was bei Carsharing-Flotten funktioniert, sollte auch für private Elektroautos mit längeren Standzeiten möglich sein. Voraussetzung sind jedoch angepasste regulatorische Rahmenbedingungen.
Trotz aller Innovationen bleibt die Frage nach den Rohstoffen brisant. Heute ist vieles im Zusammenhang mit Batterien wenig transparent. Das betrifft die Herkunft der Materialien, Restkapazität, Ladezyklen oder die Alterung. Die EU führt deshalb ab 2027 einen digitalen Pass für Batterien ab zwei Kilowattstunden ein. Dieser umfasst rund 100 statischen und dynamischen Datenpunkten für jede einzelne Batterie.
Das Bieler Start-up BloqSens entwickelt eine eigene Softwarelösung für diese digitalen Pässe. Ein Blockchain-ähnliches Internetprotokoll gewährleistet dezentrale Datenspeicherung und kontrollierte Zugriffe entlang der Wertschöpfungskette. Von der Transparenz profitieren nicht nur Konsumentinnen und Konsumenten, sondern auch Recyclingunternehmen, die wichtige Informationen zur sachgerechten Entsorgung erhalten.
Eine Batterie am Ende ihrer Lebensdauer birgt eigene Herausforderungen. Form, Verarbeitungsverfahren, Komponenten und Gebrauchsspuren variieren stark. Giftige Dämpfe und Brandgefahr machen die Demontage zu einer riskanten Tätigkeit – ideale Voraussetzungen für Robotereinsatz.
Doch konventionelle Roboter scheitern an der Komplexität der Aufgabe. Das Swiss Battery Technology Center in Biel geht deshalb neue Wege: In einer virtuellen, fotorealistischen Umgebung trainieren KI-gestützte Roboter die Demontage an digitalen Batteriemodellen. Die erlernten Fähigkeiten werden anschliessend aus Sicherheitsgründen an Batterie-Attrappen getestet und verfeinert, bevor sie auf echte ausgediente Fahrzeugbatterien losgelassen werden.
Der Technology Outlook 2025, herausgegeben von der Schweizerischen Akademie der Technischen Wissenschaften SATW im Auftrag des Bundes, ist das Ergebnis eines zweijährigen Früherkennungsprozesses. 158 Expertinnen und Experten von 62 Institutionen wurden zu 31 disruptiven Technologien befragt, die voraussichtlich in drei bis fünf Jahren die Produktreife erreichen.
Die Batterie-Beispiele zeigen auf, dass die Schweiz über die wissenschaftliche Expertise und innovative Unternehmen verfügt, um in diesem zukunftsträchtigen Markt eine Rolle zu spielen. Doch der globale Wettbewerb ist intensiv. Ob bei Festkörperbatterien, TIMs oder digitalen Pässen, die chinesische Konkurrenz und schnelle Entwicklungszyklen setzen heimische Anbieter unter Druck.
Die Herausforderung für die Schweizer Industrie und Politik besteht darin, die bestehenden Stärken zu nutzen und gleichzeitig die Skalierbarkeit zu verbessern. Präzisionsfertigungstechnik, Softwarekompetenz und Innovationskraft sind wichtige Ausgangspunkte. Um daraus wirtschaftlichen Erfolg zu generieren, braucht es jedoch gezielte Massnahmen.
Dazu gehören verstärkte Partnerschaften zwischen Forschungsinstitutionen und der Industrie, um Technologietransfer zu beschleunigen. Pilotanlagen und Demonstrationsprojekte können helfen, die Lücke zwischen Labor und Massenproduktion zu schliessen. Zudem sind Investitionen in spezialisierte Produktionsinfrastruktur notwendig, etwa Reinräume für die Fertigung von Festkörperbatterien.
Nicht zuletzt spielen regulatorische Rahmenbedingungen eine entscheidende Rolle. Anreize für bidirektionales Laden, klare Standards für digitale Batteriepässe und Förderprogramme für Second-Use-Anwendungen können den Markt ankurbeln. Nur durch diese koordinierte Anstrengung lässt sich aus technologischer Exzellenz auch wirtschaftlicher Erfolg in einem Markt generieren, der für die Energiewende von zentraler Bedeutung ist.
Der Technology Outlook 2025 ist auf der Website der SATW verfügbar. Die Studie wird im Auftrag des Bundes alle zwei Jahre erstellt und dient als Kompass für die strategische Arbeit in Industrie und Verwaltung.
