Feststoffbatterien – 1200 km und 10 Minuten Ladezeit: Wann kommt die Massenproduktion?

In jüngerer Zeit, zwischen 2014 und 2018, erlebte die Welt einen regelrechten Boom bei der Organisation der Produktion von Festkörperbatterien (STA). Darüber hinaus sowohl für Haushaltsgeräte, Gadgets als auch für Elektroautos.


Im Jahr 2016 versprach beispielsweise der Chef von Fisker Inc (dieses Jahr meldete es Insolvenz an): Elektroautos Mit seinem TTA können sie 500 Meilen ohne Aufladen zurücklegen; nach sechs Monaten sind es nur noch 400 und dann 300 Meilen. Dyson-CEO J. Dyson versicherte 2017, dass sein Unternehmen seit mehr als zwei Jahren an Festkörperbatterien arbeite. Die Frage, ob seine Elektroautos mit TTA ausgestattet werden, dessen Einführung für 2021 geplant ist, beantwortete er allerdings nicht. Im Herbst 2019 wurde das Projekt eingestellt.


Aber die Chinesen gingen am weitesten: 2018 gab einer der Leiter des Startups Qing Tao Energy Development Co öffentlich bekannt, dass in Kunshan eine Produktionslinie zur Herstellung von TTA errichtet worden sei. 144 Millionen US-Dollar wurden in das Projekt investiert. Bis 2020 soll die Kapazität der Leitung 700 MWh pro Jahr erreichen. Das bedeutet, dass die produzierten Batterien für etwa 14 Elektrofahrzeuge reichen werden. Über die Ergebnisse ist bis heute jedoch nichts zu hören.


Vertreter der Konzerne VW, BMW und Toyota äußerten sich damals zurückhaltender. Der erste sprach von einer Massenproduktion von TTA frühestens im Jahr 2025. Die Investitionen beliefen sich auf 100 Millionen US-Dollar. Der bayerische Autohersteller hat eine Vereinbarung mit dem Startup Solid Power (USA) geschlossen. Hyundai berichtete, dass es ein Projekt zur Organisation der TTA-Produktion entwickle, es wurden jedoch keine Fristen genannt.


Seitdem hat die Intensität der Leidenschaften etwas nachgelassen und die Pandemie „hat ihren Zweck erfüllt“. Doch das Interesse an der Produktion energieintensiver Batterien ist nicht nachgelassen. Wir werden später darüber sprechen, aber zuerst lohnt es sich herauszufinden, was für ein „Biest“ das ist – Festkörperbatterien. Nichtflüssige Elektrolyte waren bereits im 19. Jahrhundert bekannt. Das starke Interesse daran erwachte jedoch erst an der Wende vom heutigen zum letzten Jahrhundert wieder.

Festkörperbatterien in einfachen Worten

Für ihre Herstellung wird eine spezielle Technologie verwendet, die als Solid-State-Batterie bezeichnet wird. Aus dem Englischen übersetzt: „Batterie mit festem Körper“. Der Hauptunterschied zwischen TTA und seinen Vorgängern besteht in der Verwendung eines Elektrolyten, bei dem es sich um ein Verbundmaterial (Polymer) handelt. Am häufigsten handelt es sich dabei um Sulfide, anorganische Oxide oder Keramiken. Jeder Entwickler hat seine eigene Formel, die er geheim hält.


Bei Lithium-Ionen-Batterien kommen Flüssigkeiten, Gele oder Imprägnierungen zum Einsatz. Das Funktionsprinzip von Festkörperbatterien ist jedoch das gleiche: Beim Laden bewegen sich Ionen von der Kathode (Luft, Metall oder Schwefel spielen ihre Rolle) zur Anode (kann aus Lithium bestehen) und wenn die Kapazität verbraucht wird , umgekehrt. Die Bewegung der Partikel erfolgt durch den Elektrolyten. Lassen Sie uns die Vor- und Nachteile von Festkörperbatterien bewerten.

Bessere Energiedichte und schnellere Wiederauffüllung

Im Vergleich zu Lithium-Ionen-Batterien können TTAs mehr Kapazität pro Volumeneinheit (Gewicht) speichern. Einfach ausgedrückt: Eine Festkörperbatterie mit dem gleichen Gewicht und den gleichen Abmessungen sorgt für eine große Reichweite eines Elektroautos (die Steigerung der Kilometerleistung beträgt 20 bis 30 %). Und wenn wir die Strecke nehmen, die ein Auto mit einer Lithium-Ionen-Batterie zurücklegt, dann garantiert der TTA die gleiche Strecke bei deutlich geringerer Größe und geringerem Gewicht.


Festkörperbatterien laden sich schneller auf als ihre Lithium-Ionen-Pendants. Es geht um eine bessere Leitfähigkeit des elektrischen Stroms, die nach dem Ohmschen Gesetz mit einem geringeren Innenwiderstand einhergeht. Es ist sinnvoll, näher auf moderne Errungenschaften in Bezug auf die Ladegeschwindigkeit des Akkus einzugehen.

Wer ist der Massenproduktion von TTA am nächsten?

Im vergangenen Herbst gab Toyota bekannt, dass das Unternehmen in Zusammenarbeit mit Idemitsu (einem japanischen Ölkonzern) einen technologischen „Durchbruch“ geschafft habe und bereit sei, im Jahr 2027 mit der Massenproduktion von TTA zu beginnen. Dank der neuen Batterie wird die Reichweite von Elektrofahrzeugen 1200 km erreichen und die Ladezeit auf 10 Minuten verkürzt. Der japanische Autohersteller entwickelt seit 2006 Festkörperbatterien.


Bereits im Herbst kündigte ein Vertreter des taiwanesischen Unternehmens ProLogium Technology die Entwicklung der weltweit ersten Batterie mit einer zusammengesetzten Siliziumanode an. Der Akku füllt seine Kapazität in 60 Minuten um 5 % auf. Das reicht aus, damit ein Elektroauto etwa 300 km weit fahren kann.


Die Festkörperbatterie wurde im Oktober dieses Jahres auf der jährlichen Automobilausstellung in Paris vorgeführt. Auf der Messe sagte ein Vertreter von ProLogium Technology: „Seit 2023 übertreffen wir die Konkurrenz“, was die Steigerung der Batterieenergiedichte und der Ladegeschwindigkeit angeht.


Über den Start der Massenproduktion und den Preis des neuen Produkts wurde jedoch nichts berichtet. Beachten Sie auch Nissan Motor, das versprochen hat, im Jahr 2028 mit der Massenproduktion seiner eigenen Festkörperbatterien zu beginnen. Und in China wurde auf Landesebene der CASIP-Plan eingeführt, der die Einführung von TTA in der Fließbandproduktion bis 2030 vorsieht.

Niedrige Kosten und Sicherheit

Der erste Vorteil ist mit dem geringeren Einsatz teurer Komponenten wie Kobalt verbunden. Eine Feststoffbatterie besteht aus sehr wenigen Komponenten: Separatoren und einige andere Elemente fehlen. Lithium-Ionen-Batterien sind in Größe und Gewicht größer. TTAs benötigen keine Kühlung, haben eine längere Lebensdauer und unterliegen bei ständigem Laden und Entladen kaum einem Verschleiß.


Solche Batterien stellen eine geringere Gefahr für die Umwelt dar als Lithium-Ionen-Batterien. Letztere enthalten Fluorverbindungen, die bei Beschädigung oder gar Überlastung des Akkus freigesetzt werden können. Außerdem weisen TTAs eine sehr geringe Selbstentladung auf; sie explodieren nicht und entzünden sich nicht selbst: Der Elektrolyt kann nicht aus ihnen austreten. Hier enden die Vorteile innovativer Batterien, aber was ist mit den Nachteilen?

Nachteile von TTA

Das erste Problem ist die Komplexität der Herstellung: Produkte erfordern den Einsatz präziser Technologien. Es ist notwendig, einen Festelektrolyten mit homogener Struktur zu verwenden, der die erforderliche Dichte bietet. Kleinste Verunreinigungen beeinträchtigen die Zuverlässigkeit und Effizienz der Produkte erheblich.

Der nächste Nachteil, an dem derzeit aktiv gearbeitet wird, ist die hohe Empfindlichkeit gegenüber Sauerstoff, Feuchtigkeit und niedrigen Temperaturen. In kalten Klimazonen treten mit TTA Probleme auf: Die Kapazität sinkt. Es müssen Batterien beheizt oder Produkte mit einem anderen Festelektrolyten entwickelt werden. Es gibt noch einen weiteren Nachteil: das Fehlen weltweiter Standards. Dies kann ein Hindernis für die Kompatibilität verschiedener TTA-Typen mit bestimmten Elektroautomodellen darstellen.


Eine Zusammenarbeit zwischen TTA-Herstellern und Regierungsbehörden, Automobilunternehmen und anderen interessierten Parteien ist erforderlich. Es ist jedoch erwähnenswert, dass heute noch nicht alle Vor- und Nachteile von Festkörperbatterien untersucht wurden, da keine Langzeiterfahrungen in deren Einsatz vorliegen.

Schlussfolgerungen und Verallgemeinerungen

Führende Automobilhersteller, die Elektroautos in Serie produzieren, haben keinen Zweifel daran, dass der TTA die Zukunft ist. Dies wird indirekt durch ernsthafte Investitionen in TTA-Projekte belegt. Wie wir oben geschrieben haben, ist Toyota mit seinen Plänen für 2025-27 der Umsetzung der Massenproduktion am nächsten.


Den gleichen Zeitpunkt deutet VW an, das in das amerikanische Unternehmen QuantumScape investiert hat, das Keramikbatterien entwickelt. Hyundai, Kia, Mercedes und Stellantis gaben Factorial Energy (USA) den Vorzug, einem Unternehmen, das eine Festkörperbatterie auf Polymerbasis herstellt. Wir können daraus schließen: Viele der weltweit führenden Automobilhersteller sind zuversichtlich, dass bereits vor 2030 Elektrofahrzeuge mit Serien-TTAs auf den Markt kommen werden.