Feststoffbatterien gelten als Heilsbringer, um elektrische Fortbewegung massentauglich zu machen. Vor allem dann, wenn es nicht gelingen sollte, den Kunden die oft vorhandene Angst vor zu wenig Reichweite zu nehmen und deren Verhalten auf mehrere – wenn auch nur kurze – Ladevorgänge zu ändern.
40BilderVolkswagen hat den nächsten Schritt in Sachen Einführung von Feststoffbatterien getan. Diese Technologie gilt als der nächste Fortschritt der Elektroautobatterien. In einer gemeinsamen Pressemitteilung verkündeten VW und der US-Partner QuantumScape den Abschluss einer Lizenzvereinbarung. Dies ermöglicht VW die Produktion von Feststoffzellenakkus für bis zu einer Million E-Autos pro Jahr. Das teilte das VW-Tochterunternehmen für die Herstellung von Batterien PowerCo mit.
Wann die Produktion startet und wo die Akkus produziert werden, bleibt offen. Im Augenblick hat PowerCo Standorte in Salzgitter, Valencia in Spanien und St. Thomas in Kanada. Diese Lizenzvereinbarung sieht vor, dass PowerCo Batterien mit einer Speicherkapazität von bis zu 40 Gigawattstunden (GWh) pro Jahr mithilfe der QuantumSpace-Technologie herstellen können. Später sei es möglich, die Produktion auf 80 GWh zu verdoppeln.
Produktion von Feststoffzellenbatterien mit Hilfe von US-Spezialist
Der Volkswagen Konzern arbeitet bereits seit 2012 mit QuantumScape zusammen und ist mit seinem Investment von bislang mehr als 100 Mio. US-Dollar der größte automobile Anteilseigner. Beide Unternehmen gründeten bereits 2018 ein Gemeinschaftsunternehmen, das die Großserienfertigung von Feststoffbatterien für Volkswagen vorbereiten soll. Der Lizenzvertrag ist jetzt der nächste große Schritt.
Toyota plant Feststoffbatterien für 2025
Konkurrent Toyota will im Jahr 2025 Serienfahrzeuge mit Feststoffbatterien anbieten. Damit scheint der japanische Konzern bei der Entwicklung von Elektroautos direkt auf die Überholspur ausscheren zu wollen. Bislang vertraut Toyota vor allem auf die einst mit dem Prius etablierte Hybrid-Technik und Plug-in Hybride. Kooperationspartner von Toyota bei der Entwicklung von Batteriechemie ist BMW. Den Schwerpunkt legen beide Unternehmen aktuell noch auf Lithium-Ionen-Akkus. Das erste E-Auto von Toyota (mit Lithium-Ionen-Akkus) soll in Europa noch 2020 als Lexus UX 300e auf den Markt kommen. Allerdings wollte Toyota anlässlich der (abgesagten) olympischen Spiele auch eine serienreife Feststoffbatterie vorstellen.
Renault-Nissan-Mitsubishi investierte ebenfalls
2018 hat auch die französisch-japanische Auto-Allianz in die Entwicklung von Festststoffbatterien investiert – in Form einer Beteiligung am ebenfalls US-amerikanischen Unternehmen Ionic Materials, das die Feststoffbatterie zur Serienreife entwickeln will. Die Beteiligung ist Teil eines eine Milliarde Dollar schweren Investitionsplanes in vielversprechende Start-ups – angekündigt vom inzwischen angeklagten und flüchtigen Ex-Chef Carlos Ghosn.
Was ist das Besondere an der Feststoffbatterie?
Neben den Reichweiten-Vorteilen verspricht die Feststoffzelle auch weniger Schlagzeilen zum Thema Brandgefahr – Berichte von schwer zu löschenden Elektroautos mit durchbrennenden Lithium-Ionen-Akkus bleiben genauso in Erinnerung wie Warnungen von Airlines, dass bestimmte Smartphone-Typen aufgrund von Feuergefahr nicht an Bord ließen.
Brandgefährlich ist im Fall herkömmlicher Lithium-Ionen Akkus die Batterieflüssigkeit, die als Leitmedium zwischen den beiden Elektroden (Plus- und Minuspol) fungiert. In der Flüssigkeit, die auch eine gelartige Konsistenz haben kann, sogenannten Elektrolyten, bewegen sich die Ladungen.
Wird eine Batterie innerlich beschädigt und erleidet einen Kurzschluss, überhitzt durch massive Sonneneinstrahlung oder sonst wie, kann sich der flüssige Elektrolyt entzünden, dann ist der Akku schwer zu löschen – am besten geht das, wenn er komplett in ein Wasserbecken getaucht wird – was mit einem Auto nicht immer schnell möglich ist.
Ein Akkupack mit flüssigem Elektrolyt braucht zudem einen Kühlkreislauf, was Bauraum kostet und das Gewicht erhöht. Das feste Leitmedium zwischen Plus- und Minuspol bedarf keiner zusätzlichen Kühlung, zudem hat es eine höhere Energiedichte. Man kann also mehr Strom in das gleiche Volumen "pressen" als bei einer Flüssigkeit.
Die Feststoffbatterie schlägt somit mehrere Fliegen mit einer Klappe. Sie ist nicht nur wesentlich sicherer als die aktuellen Akkus, sondern bietet auch mehr Reichweite – bei kleinerem Volumen. Ein großer Nachteil der Festkörperbatterie ist aber bislang die geringe Stromstärke, mit der sie be- oder entladen werden kann.
Viel Forschung an der Feststoffzelle
Diese Schwachpunkte sind Gegenstand umfangreicher Forschungen, so etwa am Fraunhofer Institut für Silicatforschung ISC in Würzburg. Gemeinsam mit dem Batteriehersteller Varta und weiteren Kooperationspartnern wurde ein Konsortium namens Solid gegründet, um Akkus auf Basis von Sol-Gel-Materialen mit Lithium-Metallanode zur Serienreife zu entwickeln. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung fördert das Projekt mit 3,2 Millionen Euro.
Einem Team des Forschungszentrums Jülich ist nach eigenen Angaben jetzt ein Durchbruch auf dem Weg zur Praxistauglichkeit von Festkörper-Batterien gelungen. Sie fanden durch eine spezielle eine Lösung, um zehnmal höhere Lade- und Entladeströme zu ermöglichen. Das Jülicher Forscher-Team setzt auf Komponenten aus Phosphatverbindungen.
China als Vorreiter bei Feststoffbatterien?
Medienberichten zufolge forschen entwickeln auch chinesische Unternehmen an Feststoff-Akkus. Die Firma Qing Tao Energy Development, eine Ausgründung der technischen Universität Tsinghua, kann angeblich aktuell Feststoffbatterien mit einer Gesamtkapazität von 100 MWh pro Jahr herstellen. Das würde für gerade mal 2.000 Elektroautos ausreichen. Ca. 144 Millionen Euro sollen in die Produktionsanlage investiert worden sein, in der Probeläufe für eine Serienfertigung starten. Bis zum Jahr 2020 planten die Chinesen eine Ausweitung der Produktionskapazität auf 700 MWh.
Gesicherte Informationen aus erster Hand gibt es nicht, auch nicht zur angeblichen Energiedichte, die mit 400 Wattstunden pro Kilogramm Batteriegewicht deutlich über der aktueller Lithium-Ionen-Akkus (250 – 300 Wattstunden) liegen soll.
Kommen die ersten Feststoffbatterien von Samsung?
Meldungen zur Forschung am Nachfolger der Lithium-Ionen-Technik kamen zuletzt auch aus Korea. Das Samsung Advanced Institute of Technology (SAIT) meldete im März 2020 den Bau eines "bahnbrechenden" Prototypen. Projektleiter Dongmin Im ist zuversichtlich: "Das Produkt dieser Studie könnte der technologische Grundstein für sicherere Hochleistungsbatterien der Zukunft sein". Aber der Prototyp ist längst nicht marktreif. Es braucht noch etliche Überarbeitungen und im Anschluss müssen die Koreaner Produktionsprozesse für die Massenfertigung entwickeln.
Fazit
VW kommt im Hinblick auf Serienproduktion von Feststoffbatterien einen entscheidenden Schritt weiter. Gemeinsam mit dem amerikanischen Unternehmen QuantumSpace schließen die Wolfsburger eine Lizenzvereinbarung, die es VW ermöglicht, Feststoffbatterien für bis zu einer Million Autos pro Jahr herzustellen. Wann es losgeht, steht noch nicht fest.
