Feststoffbatterien – die Zukunft der Elektromobilität steht in den Startlöchern

Trotz des offensichtlichen Siegeszugs der Elektromobilität gibt es immer noch einige Aspekte an den heute erhältlichen Fahrzeugen, die Hersteller und Käufer gleichermaßen gerne verbessern würden. Insbesondere das allzeit präsente Thema der Reichweite ist da zu nennen, dass trotz der heute bis an die 500 Kilometer pro Ladung reichenden Kapazitäten bei manch einem Reichweitenangst auslöst. Auch die Dauer des Wiederaufladens der Batterie wird nicht selten als ein Argument gegen den Kauf eines Elektrofahrzeugs angeführt. Beide dieser Kritikpunkte hängen direkt mit der verbauten Batterie des Elektrofahrzeugs zusammen und könnten sich bald in Luft auflösen, dank einer Revolution in der Batterietechnik: der Feststoffbatterie. Wir erklären, was eine Feststoffbatterie ist, wie sie funktioniert und in welchen Fahrzeugen sie bald schon erhältlich sein wird. 

Mehr Reichweite, weniger Gewicht – so wird die Feststoffbatterie die Elektromobilität verändern

Das Thema Batterie beschäftigt aktuell jeden Automobilhersteller mit Interesse am Elektromobilitätsmarkt und bereits seit Jahren werden in großem Stil Ressourcen in die Erforschung neuer Technologien in diesem Bereich gesteckt. Die Entwicklung und Marktreife der Feststoffbatterie verspricht nun eine Zäsur in der Leistungsfähigkeit von Elektrofahrzeugen. Doch nicht nur die Reichweite und die Ladezeiten sollen auf diese Weise verbessert werden, sondern es soll zudem das Gewicht zukünftiger Fahrzeuge reduziert und die Brandgefahr entschärft werden. 

Der Grund für die hervorragenden technischen Eigenschaften der Feststoffbatterie liegt darin, dass bei ihr im Gegensatz zu herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien ein festes anstelle eines flüssigen Elektrolyten genutzt wird. Als Elektrolyt kommen hier gleich mehrere Stoffe zur Auswahl, zum Beispiel Schwefel, spezielles Glas oder Keramik. Besonders Schwefel ist dabei äußerst günstig in der Beschaffung, was sich positiv auf die Gesamtkosten der Feststoffbatterie auswirkt.

Weiterhin wird die Katode, also der Minuspol der Batterie, nun mit unverdünntem Lithium hergestellt, anstelle wie bisher mit einem Lithium-Grafit-Gemisch gefertigt. Die Konzentration des Lithiums erhöht sich damit in der Batteriezelle um das bis zu Achtfache. Diese technischen Neuerungen erlauben es der Feststoffbatterie deutlich platzsparender im Vergleich zu bisherigen Lithium-Ionen-Akkus zu sein und dank ihrer höheren Energiedichte das Fahrzeug dennoch mit mehr Reichweite zu versorgen. So ist es mit einer Festbatterie dergleichen Größe möglich, etwa 80% mehr Reichweite als bei einem Lithium-Ionen-Akku der neuesten Generation zu erreichen. 

Da sich das feste Elektrolyt nicht verflüchtigen kann und auch die verwendeten Elektroden durch die Einlagerung in dem Feststoff besser geschützt sind, wird die Lebensdauer von Feststoffbatterien gemeinhin als länger angenommen. Dadurch würde in Zukunft auch der Gebrauchtmarkt für Elektrofahrzeuge attraktiver werden.

Deutsche Automobilhersteller forschen intensiv an der Feststoffbatterie

Die Hoffnungen der deutschen Autoindustrie für die baldige Markteinführung einer Feststoffbatterie „Made in Germany“ ruhen aktuell noch auf zwei amerikanischen Entwicklerteams, die von unterschiedlichen deutschen Herstellern gefördert werden. So beteiligt sich VW mit etwa 300 Millionen Euro am Start-Up Unternehmen QuantumScape aus dem Silicon Valley, das offensichtlich bereits große Fortschritte in der Forschung gemacht hat. 

Nach der erfolgreichen Inspektion eines Prototyps in Wolfsburg könnte die Serienfertigung bereits in wenigen Jahren hier in Deutschland beginnen. Als Standort für die Produktion würde dann höchstwahrscheinlich das niedersächsiche Salzgitter gewählt werden.

Die Automobilriesen BMW und Ford wiederum setzen auf das Unternehmen Solid Power mit Hauptsitz in Boulder, Colorado. Gemeinsam mit Volta Energy Technologies haben sie insgesamt 130 Millionen Euro in die Firma gesteckt und wohl bereits im letzten Jahr eine erste Kleinserienproduktion zum Laufen gebracht.

Bereits nächstes Jahr soll eine richtige Serienfertigung für die Feststoffbatterien in Colorado beginnen. Bis der erste BMW mit Feststoffbatterie auf die Straße kommt wird aber noch einige Zeit vergehen, der Vorstand des bayrischen Autoherstellers rechnet erst in der zweiten Hälfte dieses Jahrzehnts damit.

Chinesischer Hersteller bringt die Feststoffbatterie auf die Straße

Die Batterieeigenschaften heutiger Elektrofahrzeuge sind bereits beachtlich. So beträgt die Reichweite des Mercedes EQS beispielsweise ganze 770 Kilometer, ein Wert, der noch vor wenigen Jahren unvorstellbar war. Nun macht sich jedoch ein Hersteller auf den Weg, den Markt neu zu ordnen und gänzlich neue Maßstäbe in Sachen Batterieleistung zu setzen. Ab 2022 soll das ET7 Model des chinesischen Herstellers Nio erhältlich sein, wenn auch zunächst nicht in Deutschland.

Dank der verbauten Feststoffbatterie wirbt der Hersteller mit einer Reichweite von beeindruckenden 1000 Kilometern bei einer Energiedichte von 360 Wattstunden pro Kilogramm. Die elegante Elektrolimousine wird als direkte Kampfansage an den amerikanischen Hersteller Tesla gesehen, den man nicht nur durch die Batterie übertrumpfen möchte, sondern auch durch den moderaten Preis von umgerechnet etwa 55.000€ des ET7.

Doch damit den Neuerungen nicht genug. Um die Ladezeiten ihrer Fahrzeuge auf ein absolutes Minimum zu reduzieren, hat Nio als bisher erster Hersteller das Konzept des wechselbaren Akkus umgesetzt. Anstatt also an der Ladestation anzuhalten und das Fahrzeug zu laden, fährt man mit einem Nio in eine Anlage ähnlich einer Waschstraße, in welcher der angebrauchte Akku im Fahrzeug vollautomatisch gegen einen neuen, vollaufgeladenen Akku ersetzt wird. Dieser Vorgang dauert nur wenige Minuten und ist bequem als der Tankvorgang mit einem Verbrennungsfahrzeug.

Bis Ende dieses Jahres sollen entlang dem chinesischen Fernstraßennetz etwa 500 solcher Ladepunkte eingerichtet werden.

Quellen:

https://www.businessinsider.de/wirtschaft/mobility/hoffnungstechnologie-feststoffbatterie-wann-kommt-die-e-auto-revolution-endlich-in-serie-e/
https://www.auto-motor-und-sport.de/tech-zukunft/alternative-antriebe/feststoffbatterie-2022-bmw-ford-solid-power-serie-elektroauto-mehr-reichweite/
https://www.elektroauto-news.net/2021/heimlicher-star-feststoffbatterie-rechnet-2026-einsatz-elektroautos
https://www.carwow.de/ratgeber/elektroauto/feststoff-akkus-fuer-e-autos-eine-neue-super-batterie#gref
https://www.mdr.de/wissen/faszination-technik/elektro-auto-feststoff-batterie-iws-dresden-forschung-100.html