Was sind Festkörperbatterien und wie werden sie Elektroautos besser machen?€

TOKIO/SINGAPUR – Toyota hat eine Investition in Höhe von 13,5 Mrd. USD in Batterien für Elektroautos, einschließlich Festkörperbatterien, angekündigt. Festkörperbatterien könnten für Elektrofahrzeuge eine entscheidende Rolle spielen, da sie mehr Energie speichern, schneller aufladen und mehr Sicherheit bieten als Lithium-Ionen-Batterien.

Wie unterscheiden sie sich?

Festkörperbatterien verwenden dünne Schichten von Festelektrolyten, die Lithiumionen zwischen den Elektroden transportieren.

Lithium-Ionen-Batterien (Li-Ion-Batterien) verwenden flüssige Elektrolyte und haben Separatoren, die verhindern, dass die positive Elektrode mit der negativen Elektrode in Kontakt kommt.

Derzeit werden Festkörperbatterien in Geräten wie Herzschrittmachern und intelligenten Uhren eingesetzt.

Die Massenproduktion dieser Batterien für Elektrofahrzeuge ist nach Ansicht von Experten noch drei bis fünf Jahre entfernt.

Was sind die Vorteile?

Sie sind wahrscheinlich sicherer und stabiler als flüssige Li-Ionen-Batterien, deren Elektrolyt bei hohen Temperaturen flüchtig und entflammbar ist. Dadurch sind Elektrofahrzeuge, die mit Li-Ionen-Batterien betrieben werden, anfälliger für Brände und chemische Lecks.

Eine höhere Stabilität bedeutet ein schnelleres Aufladen und verringert den Bedarf an sperriger Sicherheitsausrüstung.

Sie können mehr Energie speichern als flüssige Li-Ionen-Batterien, was die Umstellung von Benzinfahrzeugen auf Elektroautos beschleunigen würde, da die Fahrer nicht so oft anhalten müssten, um ihr Auto aufzuladen.

Warum ist es schwierig, sie in Serie zu produzieren?

Automobilhersteller und Technologieunternehmen haben Lithium-Ionen-Batteriezellen einzeln im Labor hergestellt, waren aber bisher nicht in der Lage, diese in die Massenproduktion zu überführen.

Es ist schwierig, einen festen Elektrolyten zu entwickeln, der stabil, chemisch inert und dennoch ein guter Leiter für Ionen zwischen den Elektroden ist. Sie sind teuer in der Herstellung und neigen zur Rissbildung, da sich die Elektrolyte während des Betriebs ausdehnen und zusammenziehen und dadurch spröde werden.

Experten zufolge ist die Herstellung einer Festkörperzelle derzeit etwa achtmal teurer als die einer Li-Ionen-Batterie.

Wer versucht, sie herzustellen?

Die japanische Toyota Motor Corp. ist einer der Spitzenreiter bei der Massenproduktion von Festkörperbatterien. Das Unternehmen hat erklärt, dass es mit der kurzen Lebensdauer der Batterien zu kämpfen hat, will aber dennoch Mitte der 2020er Jahre mit der Produktion beginnen.

Neben der Toyota-internen Forschung hat sich das Unternehmen mit der japanischen Panasonic Corp. zusammengetan, um diese Kraftpakete mit ihrem Unternehmen Prime Planet Energy & Solutions Inc. zu entwickeln.

Dicht auf den Fersen ist der deutsche Volkswagen-Konzern, der in das von Bill Gates unterstützte US-Batterieunternehmen QuantumScape Corp. investiert hat, das auf die Einführung von

seine Batterie 2024 für die Elektrofahrzeuge von VW

und später auch für andere Autohersteller einführen.

Laut VW bietet die Batterie eine um 30 % größere Reichweite als eine Flüssigbatterie und lässt sich in 12 Minuten auf 80 % der Kapazität aufladen – das ist weniger als die Hälfte der Zeit, die für die schnellsten derzeit erhältlichen Li-Ionen-Zellen benötigt wird.

Stellantis, das im Januar aus der Fusion des italienisch-amerikanischen Automobilherstellers Fiat Chrysler und der französischen PSA hervorgegangen ist, hat ein Joint Venture namens Automotive Cells Co mit TotalEnergies und eine Partnerschaft mit dem chinesischen Unternehmen

Contemporary Amperex Technology Co Ltd (CATL). Stellantis beabsichtigt, bis 2026 Festkörperbatterien einzuführen.

DieFord Motor Co und die BMW

AG haben in das Start-up-Unternehmen Solid Power investiert, das nach eigenen Angaben mit seiner Festkörpertechnologie eine um 50 % höhere Energiedichte als die derzeitigen Lithium-Ionen-Batterien erreichen kann. Ford rechnet damit, die Batteriekosten bis Mitte des Jahrzehnts um 40 % senken zu können.

Das südkoreanische Unternehmen Hyundai

Motor, das in das Start-up-Unternehmen SolidEnergy Systems investiert hat, plant die Massenproduktion von Solid-State-Batterien für das Jahr 2030.

Samsung SDI Co Ltd, eine Tochtergesellschaft von Samsung Electronics Co Ltd, arbeitet an der Entwicklung von Festkörperbatterien.

Der

Marktführer für Elektroautos , Tesla

Inc., hat sich bisher nicht dazu geäußert, ob er Festkörperzellen entwickeln oder in seinen Fahrzeugen verwenden will.