Der Feststoff-Akku für eine noch grünere Zukunft der E-Mobilität?

Elektromobilität ist einer der Megatrends der Automotive-Branche. Dabei spielt die Suche nach der optimalen Batterietechnik eine wichtige Rolle. Mit dem Feststoff-Akku scheint es eine Lösung zu geben, die hohe Leistung, schnelles Laden und mehr Nachhaltigkeit bietet. Grund genug, sich die Technik und die Produkte etwas näher anzuschauen.

Akkus für Fahrzeuge - Auf der Suche nach maximaler Effizienz und Nachhaltigkeit

Eine der größten Herausforderungen im Bereich E-Mobilität sind Akkus, die wenig Platz benötigen, eine hohe Reichweite bieten und gleichzeitig Ressourcen schonen. Autohersteller sparen zwar mit einem Elektromotor Platz. Doch benötigt ein klassischer Lithium-Ionen-Akku ebenfalls Raum. Zudem ist der Akku schwer, warum wiederum die Reichweite leidet.

Ein weiteres Manko der gängigen Lithium-Batterien sind deren Komponenten. Es ist vor allem das für die Kathode benötigte Kobalt. Es ist zum einen nur in begrenztem Umfang verfügbar und zum anderen wird es meist in Krisenregionen unter menschenunwürdigen Bedingungen abgebaut.

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Die Feststoffbatterie als nachhaltige und leistungsstarke Alternative

Im Gegensatz zur klassischen Nassbatterie verfügt der Feststoff-Akku über einen Elektrolyten, der aus einem Feststoff besteht. Dadurch lässt sich reines Lithium an die Anode anlagern, was vor allem der Speicherkapazität zugutekommt. So kann ein Feststoff-Akku  fast acht Mal so viel Energie speichern wie ein herkömmlicher Lithium-Ionen-Akku. In Zahlen bedeutet das, dass ein Feststoff-Akku 2.860 Milliamperestunden pro Gramm (mAh/g) speichert, während aktuelle, marktübliche Akkutechnik nur auf rund 370 mAh/g kommt.

Funktionsweise von Feststoff-Akkus

Bei einer Feststoffbatterie werden Kathode und Anode durch einen Feststoff wie Glas, Keramik oder spezielle Schwefelverbindungen voneinander getrennt. Gleichzeitig kann reines Lithium an der Anode angelagert werden. Durch die Trennung von Anode und Kathode entsteht Spannung, die Strom z.B. einen Motor erzeugt. 

In Entwicklungsabteilungen von Automobilherstellern sowie in Forschungslaboren weltweit wird an der Feststoffbatterie geforscht. Hersteller versprechen sich davon einen neuen Sprung im Bereich E-Mobilität.

Die Vorteile und Nachteile von Feststoff-Batterien

Wie jede technologische Entwicklung haben auch Feststoff-Akkus nicht nur Vorteile. Wir stellen hier Vorzüge und Nachteile gegenüber.

Vorteile

  • Höhere Speicherdichte: Mit einem Feststoff-Akku lässt sich mehr Energie speichern als mit einer Flüssigbatterie. Somit lässt sich bei gleicher Akkugröße deutlich mehr Reichweite bzw. Leistung erzielen.
  • Geringeres Gewicht: Durch die Verfestigung des Elektrolyten wird weniger Material zur Trennung von Kathode und Anode benötigt. Dadurch werden Feststoffbatterien leichter.
  • Geringere Brandgefahr: Aufgrund des festen Elektrolyten soll die Brandgefahr von Feststoffbatterien geringer sein.
  • Schnelleres Laden: Die besondere Konstruktion des Akkus soll die Aufladedauer deutlich verkürzen.

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Nachteile

  • Temperaturempfindlichkeit: Der Elektrolyt im Feststoff-Akku wird bei niedrigen Temperaturen sehr zäh. Dadurch kann die Leistung der Batterie sehr eingeschränkt werden. Auch das Aufladen können niedrige Temperaturen stark verlängern.
  • Höherer Lithiumbedarf: Durch die Verwendung von reinem Lithium erhöht sich der Bedarf an diesem Grundstoff. 
  • Noch keine Serienreife: Damit der Feststoff-Akku möglichst breit eingesetzt werden kann, muss er in großen Stückzahlen produziert werden. Bis dato gibt es noch keine serienreifen Produkte mit mehrschichtigen Batteriezellen, welche die für E-Mobilität notwendige Speicherkapazität bieten.

Ausblick für Feststoffakkus

Die Automotive-Branche setzt große Hoffnungen in die Weiterentwicklung von Feststoff-Akkus. Denn mit diesen Batterien ließe sich das Problem von zu geringer Reichweite, zu hohem Gewicht und zu hohem Verbrauch seltener Erden beheben. Mit diesen Batteriezellen wäre Elektromobilität noch nachhaltiger und attraktiver für Industrie und Endkunden. Regelmäßig gibt es Meldungen, dass große Autohersteller in Bezug auf Feststoff-Akkus neue Erfolge erzielen konnten. 

Geplant war z.B. auch, dass zur Olympiade in Tokio 2021 E-Autos mit Feststoffbatterie zum Einsatz kommen. Dieses Ziel wird (noch) nicht erreicht. Dennoch wird es vermutlich nicht mehr lange dauern, bis auch der Feststoff-Akku zum neuen grünen Standard für Elektrofahrzeuge wird.

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