Einsatz von Festkörperbatterien verzögert sich womöglich
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Festkörperbatterien sollen den Elektroautomarkt gehörig umkrempeln und E-Autos deutlich attraktiver machen. Die Technologie, die auf festes statt flüssiges Elektrolyt setzt, verspricht unter anderem mehr Sicherheit, mehr Energiedichte und somit mehr Reichweite und kürzere Ladezeiten. Auch wenn die Technik gegenwärtig ausgereift scheint, sind viele Forscher der Meinung, dass Festkörperbatterien für Elektroautos erst in einigen Jahren reif für die Massenvermarktung sind.
„Die Technologie funktioniert in einem kleinen Rahmen, aber es ist eine Herausforderung, sie auf die für Autos erforderlichen großen Kapazitäten zu bringen“, äußert Andrew Colclasure, ein Batterieforscher am National Renewable Energy Laboratory in Colorado, USA.
An dem Rennen um die zukunftsträchtige Technologie sind viele Akteure beteiligt und einen klaren Vorreiter gibt es derzeit nicht. Als führend gelten die beiden japanischen Unternehmen Toyota und Idemitsu Kosan, die seit 2013 gemeinsam an der Entwicklung von Festkörperbatterien arbeiten. Ursprünglich sollte die erste Festkörperbatterie 2025 zum Einsatz kommen, mittlerweile strebt der Zusammenschluss eine Markteinführung einer Batterie in kommerzieller Qualität für 2027 bis 2028 an.
In Hinblick auf den Start der Massenproduktion erklärte Toyota gegenüber Automotive News, dass eine marktreife Technologie nicht gleichbedeutend mit einem massenhaften Marktstart sei. Erst wenn die Kooperation in der Lage sei, Festkörperbatterien in handelsüblicher Qualität zu produzieren, werde man eine Lieferkette sowie Anlagen für die Massenproduktion aufbauen.
Zahlreiche weitere Automobilhersteller arbeiten mit Partnern an der Entwicklung von Festkörperbatterien, darunter BMW, Ford, General Motors, Hyundai, Honda, Mercedes, Nissan, Stellantis und Volkswagen. Während Honda in 2030 seine erste marktreife Festkörperbatterie fertigstellen will, peilt Nissan für den Start der Massenproduktion bereits das Jahr 2028 an.
Es gilt noch ein paar Hürden zu nehmen
Gegenwärtig zeigt sich der Einsatz von Festkörperbatterien im kleinen Rahmen bereits erfolgreich, etwa bei Smartwatches oder medizinischen Geräten. In Hinblick auf Elektroautos gilt es jedoch noch einige Hürden zu meistern. Dazu gehören etwa die Überwindung der Degradation, was die Langlebigkeit der Batterie verbessert, die Verringerung der Fertigungskomplexität und der Aufbau einer stabilen Lieferkette. Genau wie herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien verwenden Festkörperbatterien dieselben chemischen Substanzen und sind dadurch in Hinblick auf Rohstoffe von denselben Einschränkungen betroffen.
Eine weitere Herausforderung, die generell Metallbatterien betrifft, sind die sogenannten Dendriten. Die Ansammlung von Metallablagerungen auf der Anode entsteht durch wiederholte Lade- und Entladezyklen. Die Konglomerate aus Kaliummetall können mit der Zeit immer länger werden und sich verzweigen, was dazu führen kann, dass sie schließlich die Membran durchbohren, die Anode und Kathode trennt. Dadurch kann es zu einem Kurzschluss innerhalb der Batteriezelle kommen.
Ein Schwachpunkt der Festkörperbatterien ist außerdem, dass das verwendete Elektrolytmaterial dazu neigt, mit zunehmender Anzahl von Ladezyklen zu reißen, zu quellen und auseinanderzubrechen. Um das Problem zu lösen, ist die Herstellung und Aufrechterhaltung des Elektrolyts unter hohem Druck notwendig. Dafür sind jedoch anspruchsvolle und teure Produktionsanlagen erforderlich.
Die Festkörperbatterie wird die wichtigste Batterietechnologie für Elektroautos werden
Trotz der Hürden ist eine Zukunft mit der Festkörperbatterie als wichtigster Batterietechnologie für Elektroautos laut Donald Siegel, Vorsitzender des Fachbereichs Maschinenbau an der Universität Texas, absehbar. „Jetzt ist es wirklich wichtig, dass die Entwickler ihre Daten einreichen, damit sie unter realistischen Bedingungen getestet werden können. Erst dann werden wir eine Vorstellung davon haben, wo die Ziellinie liegt“, erklärt der Energiespeicherforscher.
Während viele Forscher damit rechnen, dass die Festkörperbatterien erst in einigen Jahren bereit für die Massenproduktion sind, rechnet Siegel mit etwa einem Jahrzehnt: „Wir verstehen Festkörperbatterien viel besser als noch vor zehn Jahren, aber es gibt noch viel zu tun.“
Quelle: Automotive News Europe – Solid-state EV batteries just over the horizon for mass market
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