Was verspricht die Festkörperbatterie für Elektroautos?
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Wird die Festelektrolyt-Batterie nach der Lithium-Ionen-Batterie eines Tages zur neuen Standardtechnologie für die Energiespeicherung in Elektroautos werden? Die Aussichten für die Festelektrolyt-Batterie sind vielversprechend, doch es wird noch mehrere Jahre dauern, bis die ersten industriellen Projekte zum Erfolg führen.
von der Renault Group
Die Festkörperbatterie ist eine Weiterentwicklung der Lithium-Ionen-Batterie, bei der der flüssige Elektrolyt durch ein festes Material ersetzt wird, das in Form eines Polymers oder anorganischer Pulver vorliegen kann, die einer Art Keramik ähneln. Der Wechsel zu einem festen Elektrolyten könnte theoretisch die mit der Verwendung eines flüssigen Elektrolyten verbundenen Nachteile beseitigen.
Die Vorteile der Feststoffbatterie
Festelektrolyte bieten ein neues „Spielfeld“ in der Chemie, das auf eine Steigerung der Energiedichte und eine Verringerung der Abhängigkeit von kritischen Rohstoffen wie Kobalt hoffen lässt. Da zudem auf den brennbaren Flüssigelektrolyten verzichtet wird, wird das Batteriedesign einfacher und unterliegt weniger Einschränkungen durch die aktuellen Sicherheitsanforderungen.
Herkömmliche Batterien sind auf eine Temperatur von 60 °C begrenzt: Eine weitere Herausforderung für die Festkörperbatterie besteht darin, diese Temperaturgrenze zu überwinden, um das Kühlsystem zu vereinfachen, das zu den Hindernissen für eine schnellere Ladezeit zählt. Die Vorteile der Festkörperbatterie müssen daher auf zwei Ebenen betrachtet werden: auf der Ebene der Chemie und auf der Ebene des Gesamtsystems, das einfacher, leichter und damit kostengünstiger sein dürfte.
Die Versprechen der Festkörperbatterie erweisen sich jedoch als schwer umsetzbar. Denn es muss ein Elektrolyt entwickelt werden, der sowohl sehr stabil als auch sehr leitfähig ist, um den reibungslosen Transport der Lithium-Ionen von einer Elektrode zur anderen in der Batterie zu gewährleisten; außerdem müssen neue Verfahren zur Herstellung von Batterien entwickelt werden, die für diese neuen Materialien geeignet sind.
Die Batterie der Zukunft?
Weltweit arbeiten Forschungslabore daher an der Entwicklung neuer Verbindungen, die sowohl für die Elektroden als auch für den Elektrolyten zukünftiger Festkörperbatterien bestimmt sind. Über die Materialforschung hinaus konzentrieren sich die Experimente auf die Entwicklung von Zellen mit höherer Leistungsfähigkeit (insbesondere hinsichtlich Energiedichte, Ladezeit und Lebensdauer), aber auch auf die Verbesserung des Herstellungsprozesses im Hinblick auf eine Produktion in größerem Maßstab.
Unter den zahlreichen Akteuren, die sich mit der Entwicklung von Festkörperbatterien befassen, ist es dem amerikanischen Start-up Ionic Materials bereits gelungen, ein Polymer zu entwickeln, das Lithium-Ionen bei Raumtemperatur leiten kann. Dies stellt einen technologischen Baustein für eine Vollfestkörperbatterie dar, deren Leistungsfähigkeit vielversprechend ist. Die Allianz Renault-Nissan-Mitsubishi hat 2018 in dieses Start-up investiert, um die industrielle Entwicklung seiner Lösungen voranzutreiben.
Die Festkörperbatterie könnte langfristig Absatzmärkte in der Automobilbranche finden, aber auch im Bereich der stationären Energiespeicherung, die heute eine der Möglichkeiten für die Zweitverwendung von Elektrofahrzeugbatterien vor dem Recycling darstellt.