Festkörperbatterien: Revolution in puncto Reichweite im Anmarsch
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Die Automobilindustrie intensiviert ihre Investitionen und Forschungen in Festkörperbatterien. Laut einem Bericht des Marktforschungsunternehmens TrendForce darf erwartet werden, dass Festkörperbatterien mit hochaktiven Materialien zwischen 2030 und 2035 in die Massenproduktion gehen.
Die Energiedichte von Lithiumbatterien könnte bis dahin 500 Wh/kg erreichen, was Elektroautos eine Reichweite ermöglicht, die zwei bis drei Mal so hoch ist wie die von „flüssigen“ Lithiumbatterien. Aktuell verwenden neue E-Autos hauptsächlich Lithiumbatterien mit einem flüssigen Elektrolyt, die entsprechend der Rohstoff-Zusammensetzung in zwei Hauptkategorien unterteilt sind: Nickel-Kobalt-Mangan (NCM) und Lithium-Eisenphosphat (LFP). Ihre Energiedichten nähern sich jedoch ihren jeweiligen Grenzen, so TrendForce.
Elektroautos mit NCM-Batterien haben derzeit eine Reichweite von etwa 500 bis 600 km, während E-Autos mit LFP-Batterien eine Reichweite von etwa 300 bis 500 km erzielen. Dies ist unbestreitbar noch weit entfernt von Reichweiten von 1000 km und mehr, die Verbrenner-Fahrzeuge bieten und wird gerne als Argument gegen die Kaufentscheidung für ein E-Auto genannt. Die Einführung von Kathoden- und Anodenmaterialien mit höherer Kapazität ist eine Möglichkeit, die Batteriekapazität zu erhöhen. Allerdings könnten aktivere Materialien ein höheres Risiko für thermisches Durchgehen während des Lade- und Entladevorgangs bergen, wenn sie mit Li-Ionen-Batterien mit herkömmlichen flüssigen Elektrolyten kombiniert werden, so TrendForce.
Im Gegensatz dazu sind Festkörperelektrolyte strukturell stabiler und können Kurzschlüsse in Batterien verhindern. Sie stellen daher die beste Batterielösung sowohl in Bezug auf Sicherheit als auch auf Energiedichte dar. Es gibt drei Technologierouten für Festkörperelektrolyte, abhängig von den verwendeten Materialien: Sulfid, Oxid und Polymer. Die Batterietypen werden je nach Gewicht des flüssigen Elektrolyten in halbfeste und feste Batterien unterteilt.
Unter Berücksichtigung der Energiedichte, der Lade- und Entladeeffizienz und der Sicherheitsanforderungen von Elektroautos gelten Sulfid und Oxid als die am besten geeigneten Materialien für Festkörperbatterien für E-Autos, so TrendForce in seinem Bericht.
Japanische Automobilhersteller konzentrieren sich derzeit auf die Sulfid-Route. Toyota hat viele Patente in diesem Bereich und hat ein Joint Venture mit Panasonic zur Entwicklung von Festkörperbatterien gegründet. Toyota kündigte kürzlich an, dass es ab 2027 Fahrzeuge mit vollfesten Batterien in Massenproduktion herstellen will.
Europäische und US-amerikanische Automobilhersteller sind in alle drei Technologierouten involviert. Mercedes-Benz ist einer der Hauptinvestoren in ProLogium Technology, das plant, E-Autos mit Festkörperbatterien ab 2025 auf den Markt zu bringen. Chinesische Automobilhersteller konzentrieren sich auf die Oxid-Route und produzieren bereits halbfeste Batterien in Massenproduktion. Nio, Dongfeng Motor und Seres planen, noch in diesem Jahr Elektroautos mit halbfesten Batterien auf den Markt zu bringen.
Obwohl einige Unternehmen relativ schnelle Fortschritte bei Festkörperbatterien machen, haben diese Batterien im Allgemeinen noch technische und kostentechnische Probleme zu überwinden. Daher bleiben die Zeiten für die Massenproduktion und die Installation in Fahrzeugen abzuwarten.
Quelle: CNEVPost – EVs with all-solid-state batteries expected to be in mass production by 2030, doubling range from today, TrendForce says
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