[Draalz]

Festkörperbatterien

Das feste Versprechen

30 Prozent mehr Reichweite für E-Autos, doppelt so schnell aufladen – das soll eine neue Zellchemie ermöglichen. Wann ist es so weit?

Von [ Link nur für registrierte Mitglieder sichtbar. Bitte einloggen oder neu registrieren ]

13. Mai 2021, 19:40 Uhr


Festkörperbatterien könnten die Reichweiten von Elektroautos erhöhen. © Aditya Chinchure/​unsplash.com

Wie weit komme ich, bevor ich laden muss? Das dürfte die meistgestellte Frage bei der [ Link nur für registrierte Mitglieder sichtbar. Bitte einloggen oder neu registrieren ] sein. Die Hersteller sind daher bemüht, die Reichweite der Batterien immer weiter zu erhöhen. Und manche hoffen, dass eine neue Zellchemie demnächst einen Sprung ermöglicht, der E-Autos für Kundinnen und Kunden noch attraktiver macht.

[ Link nur für registrierte Mitglieder sichtbar. Bitte einloggen oder neu registrieren ] investiert regelmäßig in das kalifornische Unternehmen QuantumScape, kürzlich waren es weitere 100 Millionen Dollar. BMW und Ford haben zuletzt Geld in SOLIDpower aus den USA gepumpt. Beide Firmen arbeiten an sogenannten Festkörperbatterien, englisch solid state battery. Toyota und Panasonic haben ein Gemeinschaftsunternehmen gegründet, um diese Zelltechnologie zu erforschen. Bei den Olympischen Spielen im Sommer in Tokio wollen sie einen Prototyp vorstellen. Was ist dran am Hype um diese Zelltechnologie?

"Solid-state-Batterien sind einfacher aufgebaut, haben mehr Leistung und kosten weniger." So fasste Frank Blome, Leiter Batteriezelle bei Volkswagen, bei einer Veranstaltung im März die Vorteile zusammen. Im Ergebnis steige die Reichweite um 30 Prozent und zugleich sinke die Ladezeit auf die Hälfte. Bis zur industriellen Produktion gebe es aber noch viel zu tun.

Problem Großserienproduktion

m Unterschied zu den [ Link nur für registrierte Mitglieder sichtbar. Bitte einloggen oder neu registrieren ] wird statt eines flüssigen ein fester Elektrolyt eingesetzt. Das ermöglicht den Einsatz einer Anode – des einen Pols einer Batterie – aus reinem Lithium. Dadurch kann auf Graphit verzichtet werden und die Batterie wird pro Kilowattstunde leichter. Erst die Verbindung aus festem Elektrolyten und einer Lithium-Metallanode führe also zu einem deutlichen Plus der gespeicherten Energie, erklärt Jürgen Janek, Professor für physikalische Festkörperchemie an der Justus-Liebig-Universität Gießen. Von hier aus wird auch das vom Bundesforschungsministerium finanzierte Kompetenzcluster Festkörperbatterien koordiniert.

Unklar ist noch, wie aufwendig die Herstellung einer Festkörperbatterie wird. Davon hängt ab, wie groß der Kostenvorteil der Festkörperbatterie letztlich ist. Experte Janek erwartet einen Serieneinsatz im Massenmarkt ohnehin nicht vor 2030. Dann hält er aber "mehrere zehn Prozent Reichweitenzuwachs" für realistisch.

Der Ersatz des flüssigen durch einen festen Elektrolyten ist doppelt sinnvoll: Für mehr Reichweite braucht man weniger Material. Der immense Ressourcenverbrauch und dessen Kosten sind zurzeit der eigentliche begrenzende Faktor für [ Link nur für registrierte Mitglieder sichtbar. Bitte einloggen oder neu registrieren ].

Die Reichweite hängt nicht nur von der Batterie ab

Es muss aber nicht so kommen, dass die Festkörperbatterie zum Standard wird. In den nächsten Jahren werden auch die anderen Zellchemien weiterentwickelt. Als Blome von Volkswagen davon sprach, die Ladezeit ungefähr zu halbieren, nannte er konkret 20 bis 35 Minuten für konventionelle und zwölf Minuten für Festkörperzellen von QuantumScape. Hyundai verkauft jedoch mit dem Ioniq 5 schon heute ein Elektroauto, das in 18 Minuten auf 80 Prozent lädt. Um das zu erreichen, arbeitet das Batteriesystem mit konventionellen Zellen, aber 800 statt 400 Volt Spannung. Auf der gleichen Basis aus dem Hyundai-Konzern kommt demnächst auch der Kia EV6. Und Porsche Taycan sowie Audi e-tron GT zeigen ebenfalls, was ein 800-Volt-System bewirken kann.

Um große Reichweiten bei hohen Geschwindigkeiten – sprich: auch auf der Autobahn – erzielen zu können, müssen Elektroautos mehrere Kriterien erfüllen. Zunächst muss die Aerodynamik optimal sein. Fahrzeuge mit einer großen Stirnfläche wie zum Beispiel SUV sind für lange Distanzen ungeeignet. Ein niedriger Luftwiderstand führt zu einem geringen Stromverbrauch. Wenn so ein effizientes Elektroauto zusätzlich eine große Batteriekapazität mit einer hohen Ladegeschwindigkeit vereint, ist es für die Autobahn geeignet. Die Klassiker in dieser Hinsicht kommen mit Model S und Model 3 Long Range von Tesla.

Keine Revolution

Überhaupt zeichnet sich ab, dass Elektroautos stärker auf ihren individuellen Einsatzzweck hin konstruiert werden. Kleinwagen, die ohnehin fast nur für Kurzstrecken zum Einkaufen, zur Arbeit oder zur Schule eingesetzt werden, [ Link nur für registrierte Mitglieder sichtbar. Bitte einloggen oder neu registrieren ]. Ihre Reichweite bleibt gering.

Bei teureren Autos und bis in die Kompaktklasse hinein werden bis Mitte des Jahrzehnts vermehrt 800-Volt-Batteriesysteme üblich. Sie verbessern die Performance der heute üblichen Zellen mit flüssigem Elektrolyten und einer Kathode aus viel Nickel und wenig Kobalt. Wie das geht, zeigen der Hyundai Ioniq 5 und der Kia EV6 vorbildhaft. Falls Festkörperbatterien in ein Elektroauto eingebaut werden, dann vermutlich zuerst im Hochpreissegment, zum Beispiel in einem Porsche 911 des Jahres 2031.

Bei nüchterner Betrachtung sind Festkörperzellen keine Revolution. Aber sie könnten ein wichtiger Teil der kontinuierlichen Verbesserung werden.

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[karfingo]

Reich und Tesla hatten doch mal Orgon angezapft. Was wurde denn daraus?