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Neue Batterietechnologien: Gehört der Feststoffbatterie die Zukunft?

Schnellere Ladezeiten, höhere Energiedichte, mehr Leistung: Feststoffbatterien und Sald-Batterien gelten als Schlüsseltechnologie für den Durchbruch der Elektromobilität. Erfahren Sie hier mehr zur neuen Generation der Batterietechnologie und ihren Vorteilen.

^{23.11.2021

Lesedauer: 7 Minuten}

Schneller, sicherer, weiter.

Sie gelten als die nächste Generation von Akkus: Feststoffbatterien sollen schnelle Ladevorgänge ermöglichen und die Reichweiten von E-Autos verdoppeln. Sie gelten schon heute als noch sicherer, langlebiger und zuverlässiger als herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien.

Was sind Feststoffbatterien?

Das große Versprechen der Elektromobilität: Mit der Feststoffbatterie befindet sich eine innovative Batterietechnologie in der Entwicklungsphase. Sie soll in naher Zukunft die Lithium-Ionen-Batterie in der Mobilität ablösen. Feststoffbatterien sind mit anorganischen, festen (keramischen) Elektrolyten ausgestattet. Sie ersetzen die in Lithium-Ionen-Batterien vorhandenen flüssigen und organischen Elektrolyte.

Feststoffbatterien Nahaufnahme Elektroauto laden

^{Laut Experten sollen Elektroautos ab dem Jahr 2025 serienmäßig mit Feststoffbatterie ausgestattet sein.}

Dieser Wechsel wirkt sich äußerst positiv auf die Stabilität und die Lebensdauer der neuen Akkus aus. In der Feststoffbatterie sind die festen Elektrolyte in dünnen Schichten übereinander angeordnet. Die Ionenleiter sind um einiges schwerer entflammbar als in Lithium-Ionen-Akkus, was ihnen einen deutlichen Pluspunkt beim Thema Sicherheit gibt. Andere Bezeichnungen für die Feststoffbatterie sind Festkörperakkumulator, Festkörperbatterie oder SSLB (engl.: solid-state lithium-ion battery). Bei Volkswagen geht man davon aus, dass Feststoffbatterien zwischen 2025 und 2030 zum Einsatz kommen.

Höhere Lebensdauer

Feststoffbatterien besitzen eine wesentlich längere Lebensdauer als ihre Vorgänger-Technologie, die Lithium-Ionen-Batterie. Letztere erreicht bis zu maximal 3.000 Ladezyklen, Feststoffbatterien hingegen schaffen bis zu 100.000 Ladezyklen.

Sicher

Die Leitfähigkeit der festen Ionenleiter steigt mit der Temperatur, im Fachjargon heißt dies: Heißleiter. Diese Eigenschaft garantiert, dass sich eine Festkörperbatterie nicht selbst überhitzt. So wird ein Thermal Runaway vermieden, eine Überhitzung des Systems. Das kann Batterien komplett zerstören und führt im Extremfall zu brennenden Akkus.

Langlebigkeit

Die Feststoffbatterie punktet auch in Sachen Langlebigkeit, da das keramische Elektrolyt sich nicht zersetzt. Bei einer Zersetzung wölben sich die Speicherzellen aufgrund von Gasbildung. Die einzelnen Schichten trennen sich, die Leistungsfähigkeit nimmt ab, im schlimmsten Fall droht ein Defekt – das trifft bei der Feststoffbatterie nicht zu.

Nachhaltig

Es wird erwartet, dass die Gesamtumweltbilanz von Feststoffbatterien gegenüber Lithium-Ionen-Akkus um bis zu 50 Prozent besser sein soll – unter anderem weil kein Kobalt verwendet wird. Außerdem sind die Feststoff-Dünnschicht-Batterien um einiges kleiner und kompakter als herkömmliche Lithium-Ionen-Pendant. Dass sie dabei auch weniger wiegen unterstreicht ihren Mehrwert.

Wann ist die Feststoffbatterie marktreif?

Die Forschung an der Feststoffbatterie läuft auf Hochtouren, viele Unternehmen engagieren sich und auch Automobilhersteller begleiten diese Entwicklung aus nächster Nähe. So hat der Volkswagen-Konzern seine Beteiligung am US-amerikanischen Batteriespezialisten QuantumScape im vergangenen Jahr um 200 Mio. Euro erhöht.

Toyota hat ebenfalls ambitionierte Ziele: Im Jahr 2025 will das japanische Unternehmen serienmäßig Elektroautos mit der neuen Batterie-Technologie anbieten – bereits in diesem Jahr soll der erste Protoyp gezeigt werden.

Feststoffbatterie VW e-Golf an Ladestation angeschlossen Seitenansicht

^{Der VW e-Golf könnte sich bald durch eine Feststoffbatterie fortbewegen.}

Vom Lithium-Ionen- zum Sald-Akku

Die herkömmliche Lithium-Ionen-Batterie ist schon heute ein leistungsstarker Antrieb für ein Elektroauto. Sie bringt über ihre gesamte Lebensdauer gesehen viele Vorteile mit, wie zum Beispiel eine Reichweite von bis zu 100.000 Kilometern oder zehn Jahren Fahrtauglichkeit. Damit sind Elektroautos mit Lithium-Ionen-Batterie schon heute alltagstauglich und eine ernsthafte Alternative zu Verbrennermotoren. Außerdem wird der Lithium-Ionen-Akku in der Forschung stetig verbessert, wodurch sich seine Reichweite sukzessiv erhöht.

Feststoffbatterie e-tron an Ladestation angeschlossen Seitenansicht

^{Schon heute sind Elektroautos auf Augenhöhe mit Verbrennern.}

Was ist die SALD-Technologie?

Eine dieser Weiterentwicklungen ist die Sald-Batterie, die höhere Akku-Kapazität und größere Ladeleistung verspricht. Sald ist ein Akronym und steht für „Spatial Atom Layer Deposition“, womit ein bestimmtes Herstellungsverfahren gemeint ist, das auf der ALD-Technologie basiert.

Bei der Sald-Technologie ist es Wissenschaftlern des niederländischen Forschungsinstituts „The Netherlands Organisation“ und des deutschen Fraunhofer-Instituts gelungen, eine extrem dünne Atombeschichtung um die Zellen zu entwickeln. Sie verbessert den Ionen-Fluss zwischen Anode und Kathode und sorgt dadurch für insgesamt mehr Leistung, genauer gesagt: kürzere Ladezeiten, mehr Langlebigkeit und höhere Reichweite. Zudem benötigt man mit dem Sald-Verfahren weniger Material zur Akku-Herstellung, wodurch Rohstoffe gespart werden – ein großer Schritt in Richtung nachhaltiger Produktion.

Das Vattenfall-Fazit

Mit Feststoffbatterien und Sald-Akkus scheint die Elektromobilität in eine spannende Zukunft zu fahren. Hier sollen Reichweiten möglich sein, von denen sogar Autos mit herkömmlichen Antrieben nicht mitkommen –von mehr als 1.000 Kilometern ist die Rede. Zudem sind Feststoffbatterien leicht, besitzen eine höhere Speicherdichte und sind auch unter Umweltaspekten unbedenklich. Fest steht: Dank seiner Innovationskraft wird Elektromobilität in wenigen Jahren viele aktuell kritische Themen ausbremsen und immer mehr Anhänger finden.