Immer wieder liest und h\u00f6rt man im Zuge von technologischen Innovationen von der mangelhaften und somit einschr\u00e4nkenden Akkuleistung, getreu dem Motto: \u201eThe battery is the limit.\u201c Daher wird an zahlreichen wissenschaftlichen und unternehmerischen Fronten nach neuen Optionen geforscht, die elektrisch betriebenen Devices leistungsst\u00e4rker, die Ladezyklen k\u00fcrzer und den Recyclingprozess umweltfreundlicher zu gestalten. Gro\u00dfe Hoffnungen setzt man momentan in die Feststoffbatterie \u2013 wir haben Experten acht Fragen gestellt, um zu erfahren, was dahintersteckt.<\/p>\n\n\n\n
1. Was ist eigentlich eine Feststoffbatterie?<\/strong> \u201eFestk\u00f6rper-Akkus k\u00f6nnten den Markt der Elektrofahrzeuge revolutionieren. Im Festk\u00f6rper-Akku str\u00f6men die Lithium-Ionen nicht mehr durch eine Fl\u00fcssigkeit (Elektrolyt), sondern sind durch eine d\u00fcnne Schicht eines Feststoffes, meist Glas-Keramik, verbunden. Dieser Umstand spart Platz und damit auch Gewicht. Festk\u00f6rper-Akkus verf\u00fcgen \u00fcber eine deutlich h\u00f6here Energiedichte als Lithium-Ionen-Akkus, was gr\u00f6\u00dfere Reichweiten und eine schnellere Ladung zu Folge hat.\u201c<\/p>\n\n\n\n Au\u00dferdem lassen sie sich aufgrund ihrer festen Struktur sehr gut miniaturisieren, z. B. auf d\u00fcnne Scheiben, was neben der E-Mobilit\u00e4t auch f\u00fcr den Smartphone- und Gadget-Markt interessant sein d\u00fcrfte.<\/p>\n\n\n\n 2. Welche Vorteile hat die Feststoffbatterie gegen\u00fcber der Lithium-Ionen-Batterie?<\/strong> 3. Welche Entwicklungen sind bahnbrechend?<\/strong> Derzeit ist allerdings nicht sichergestellt, ob und vor allem wie die Festk\u00f6rperbatterie, in verschiedensten m\u00f6glichen Auspr\u00e4gungen, am effizientesten gefertigt werden kann. Ebenfalls ist noch nicht der Nachweis erbracht, dass ein stabiler Lade- und Entladezyklus bei Raumtemperatur auf Dauer m\u00f6glich ist. Von den fehlenden Langzeiterfahrungen mit Festk\u00f6rperbatterien ganz zu schweigen.\u201c<\/p>\n\n\n\n 4. Wie weit sind deutsche Unternehmen hinsichtlich Feststoffbatterie?<\/strong> 5. Sind deutsche Unternehmen konkurrenzf\u00e4hig bez\u00fcglich Akkuleistung?<\/strong> Im Endeffekt sind wir derzeitig noch nicht vollumfassend konkurrenzf\u00e4hig, aber auf dem Weg dahin, jedoch ohne Chance, das Gesch\u00e4ft selbst zu beherrschen. Hier k\u00f6nnte es von Vorteil sein, dass Lithium-Ionen-Akkumulatoren als \u00dcbergangsl\u00f6sung gelten und viele auf die Feststoffbatterie hoffen.\u201c<\/p>\n\n\n\n 6. Wie sieht die Akkuleistung im Detail aus?<\/strong> Weiterhin ist es Tesla bereits gelungen, den Anteil des Metalls Kobalt in den Batterien erheblich zu verringern. Laut Insidern konnten die Kalifornier diesen auf 2,8 Prozent reduzieren. Die Batterien des Gro\u00dfserien-Elektroautos VW I.D. enthalten im Vergleich 12 bis 14 Prozent des Konfliktrohstoffs.\u201c<\/p>\n\n\n\n 7. Wie weit ist Deutschland in der Forschung?<\/strong> 8. Wie steht es um die Marktreife von Feststoffakkus bei E-Autos?<\/strong> \u201eDas Jahr 2025 scheint das magische Jahr zu sein, wenn es um die prognostizierte Marktreife von Feststoffbatterien in Elektro- und Hybridfahrzeugen geht. Toyota will bis 2025 dieses Ziel erreichen. Ebenso h\u00e4lt es das Triumvirat um Renault, Nissan und Mitsubishi. 2025 ist auch hier das Ziel, um Feststoffbatterien in Serienfahrzeuge einzubauen. Die deutschen Unternehmen BMW, die sich mit Toyota zusammengetan haben, und Volkswagen, die 2018 in einen US-amerikanischen Batterieproduzenten investiert haben, sehen es bez\u00fcglich des Datums der Marktreife genauso. Der US-amerikanische Konzern Fisker hat es etwas eiliger und will bereits 2024 seine E-Autos mit Feststoffbatterien in Serienreife versehen. Ob es im Endeffekt dazu kommt, steht jedoch in den Sternen. Die Feststoffbatterie funktioniert bislang nur unter Laborbedingungen. Es fehlt nach wie vor an validen Ergebnissen f\u00fcr den Alltag.\u201c<\/p>\n\n\n\n
Bei der Feststoffbatterie, die auch als Feststoffakkumulator oder Festk\u00f6rperbatterie bezeichnet wird, bestehen sowohl Elektrode als auch Elektrolyt aus einem festem Material. Im direkten Vergleich zu Lithium-Ionen-Batterien sollen sie mehr Energie in k\u00fcrzerer Zeit bei gleicher Gr\u00f6\u00dfe speichern und dabei weniger kosten. Ein Wunderding, das lohnt, weitere Forschungsleistungen zu investieren. Besonders hinsichtlich Elektromobilit\u00e4t k\u00f6nnten sie einiges leisten. Momentan werden die meisten E-Fortbewegungsmittel per Lithium-Ionen-Akku betrieben \u2013 siehe E-Bikes und j\u00fcngst E-Scooter, die vermehrt auf Gehwegen und Fahrradstreifen deutscher Gro\u00dfst\u00e4dte zu finden sind. Auf dem Automobilmarkt k\u00f6nnen sich E-Fahrzeuge allerdings nicht so recht durchsetzen. Die hohen Anschaffungspreise sowie das noch immer sporadische Ladenetz lassen potenzielle Neuwagenk\u00e4ufer z\u00f6gern. Feststoffbatterien versprechen nun, diese Probleme zu beheben.<\/p>\n\n\n\n
\u201eDie Festk\u00f6rper-Batterietechnologie hat das Potenzial, in Zukunft ein Batteriesystem anzubieten, das im Vergleich zu herk\u00f6mmlichen Lithium-Ionen-Batteriezellen eine h\u00f6here elektrische Reichweite mit erh\u00f6hter Sicherheit und Leistung bietet. Dies zeigt sich dadurch, dass derartige Batteriezellen ohne brennbare fl\u00fcssige Elektrolyte auskommen. Sie bringen damit eine deutlich verbesserte Betriebssicherheit, aber auch Vorteile bei Baugr\u00f6\u00dfe und Gewicht, weil eine weniger aufwendige Sicherheitskapselung notwendig ist. Dar\u00fcber hinaus versprechen Festk\u00f6rperbatterien durch den Einsatz von metallischem Anodenmaterial (Lithium- anstatt der heute \u00fcblichen Graphit-Anoden) sowohl eine h\u00f6here Energiedichte als auch deutlich k\u00fcrzere Ladezeiten.\u201c<\/p>\n\n\n\n
\u201eElektroauto-Akkus mit schier unendlicher Reichweite und Schnellladef\u00e4higkeit im Minutenbereich f\u00fcr die volle Kapazit\u00e4t gelten als heiliger Gral im Bereich der Elektromobilit\u00e4t. Mit ein Grund daf\u00fcr, dass sich zig Unternehmen und Start-ups damit besch\u00e4ftigen. Hier wird es k\u00fcnftig immer schneller Fortschritte zu verzeichnen geben. Allerdings muss auch darauf geachtet werden, dass die angedachten L\u00f6sungen nicht nur im Labor funktionieren, sondern auch im Alltag unter normalen Bedingungen.<\/p>\n\n\n\n
\u201eDie europ\u00e4ische Auto-Industrie hat die eigenst\u00e4ndige Batterieentwicklung f\u00fcr Elektrofahrzeuge zum Gro\u00dfteil verschlafen. Volkswagen ist inzwischen mit 100 Millionen US-Dollar bei dem Batterieentwickler QuantumScape eingestiegen, um in den n\u00e4chsten Jahren eine kleine Produktionsst\u00e4tte f\u00fcr Feststoffbatterien zu bauen. BMW hat sich w\u00e4hrenddessen mit Toyota zusammengetan, die \u00fcber 200 hauseigene Ingenieure mit der Entwicklung von Feststoffbatterien abgestellt haben Allerdings kommen diese Allianzen etwas sp\u00e4t und die Produktion geschieht nicht auf deutschem Boden. Es sind Schritte in die Richtung, jedoch erscheint es unrealistisch, die amerikanische (z. B. Tesla und Fisker) und asiatische (Toyota, Nissan, Mitsubishi, Honda) Dominanz auf dem Gebiet der Batterieherstellung zu brechen \u2013 seien es Lithium-Ionen-Akkus oder Feststoffbatterien.\u201c<\/p>\n\n\n\n
\u201eDie Akkuleistung und die damit verbundene Reichweite von Elektroautos ist das Kernelement der E-Mobilit\u00e4t und es h\u00e4lt einige Schwierigkeiten bereit. Die Technologie ist ausschlaggebend und sehr komplex und dieser Markt wird derzeit von den asiatischen Zulieferern beherrscht. Der deutsche Zulieferer Bosch lies beispielsweise verlauten, dass man keine eigene Batteriezellenproduktion aufbauen wird, da man gegen die etablierte asiatische Konkurrenz und deren Kostenvorteile keine Chance habe.<\/p>\n\n\n\n
\u201eDie Akkuleistung ist \u00fcber die letzten Jahre immens gewachsen. Lag der BMW i3 in seiner ersten Version noch mit einer realistischen Reichweite bei 120 Kilometern, ist er mittlerweile bei \u00fcber 300 Kilometern angelangt. Der BMW i3 und der eGolf spielen in der untersten Liga mit Reichweiten zwischen 300-380 Kilometern mit. Der 2020 geplante BMW iX3, der VW ID.3 sowie der Mercedes EQC liegen bei 400-450 Kilometern. Wer l\u00e4ngere Strecken mit \u00fcber 500 Kilometern zur\u00fccklegen will, muss sich den Opel Ampera-e zulegen. Die deutschen Hersteller erreichen damit allm\u00e4hlich Tesla, deren Autos 560 und 600 Kilometer weit kommen. Trotzdem haben wir hier das Problem, dass wir von den asiatischen Zulieferern abh\u00e4ngig sind und keinen Zulieferer im Land haben, der eine eigene Batteriezellenproduktion aufgebaut hat.<\/p>\n\n\n\n
\u201eBesonders Tesla hatte am Anfang mit der Kritik von der Entflammung von Autos zu schaffen. Das feste Material der Feststoffbatterie reduziert die Brandgefahr auf ein Minimum, da keine brennbaren L\u00f6sungsmittel enthalten sind. Bosch m\u00f6chte die neuen Akkus ab 2020 auf den Markt bringen und hat 2015 extra das patentreiche kalifornische Start-up Seeo Inc. gekauft. Die Batterien sollen g\u00fcnstiger in der Herstellung sein, um rund 75 Prozent kleiner und nur noch halb so schwer. Auch die Fraunhofer-Gesellschaft hat mit ihrer ICON (International Cooperation and Networking) F\u00f6rderlinie bereits die Erforschung der Festk\u00f6rperelektrolyten und die Herstellung und Charakterisierung der d\u00fcnnen Schichten ins Auge gefasst. Den Lithium-Ionen Trend haben die deutschen Hersteller verschlafen, k\u00f6nnen aber mit der Entwicklung\/Implementierung der Feststoffbatterie wieder aufholen und die E-Mobilit\u00e4t zu ihrer geforderten Nachhaltigkeit bringen.\u201c<\/p>\n\n\n\n
\u201eDie Marktreife l\u00e4sst sich derzeit noch nicht festlegen. Manche Unternehmen gehen bereits von 2020\/21 aus, der Gro\u00dfteil der Hersteller, wie BMW und Daimler beispielsweise, eher von 2025. Hier wird sich zeigen m\u00fcssen, wie schnell die Technologie Fortschritte macht und in der Serie ankommt.\u201c<\/p>\n\n\n\n