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 von anorganischen Pulvern, die einer Art Keramik ähneln, vorliegen kann. Der Übergang zu einem Festkörperelektrolyten könnte theoretisch die mit der Verwendung eines flüssigen Elektrolyten verbundenen Nachteile beseitigen.
Die Vorteile der Festkörperbatterie
Der Festelektrolyt eröffnet der Chemie ein neues „Spielfeld“, 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 derzeitigen 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. Man muss das Potenzial der Festkörperbatterie daher auf zwei Ebenen betrachten: zum einen auf der Ebene der Chemie und zum anderen 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 gilt, einen Elektrolyten zu entwickeln, der sowohl sehr stabil als auch sehr leitfähig ist, um den reibungslosen Fluss der Lithium-Ionen von einer Elektrode zur anderen in der Batterie zu gewährleisten, aber auch neue Verfahren zur Herstellung von Batterien zu entwickeln, 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 beschäftigen, ist es dem amerikanischen Start-up Ionic Materials bereits gelungen, ein Polymer zu entwickeln, das Lithium-Ionen bei Raumtemperatur leiten kann – ein technologischer Baustein für Festkörperbatterien, dessen 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 Elektrobatterien vor der Recyclingphase darstellt.