Die gängigen Akkus von Elektroautos, zumeist Lithium-Ionen-Akkus mit flüssigen Elektrolyten, bilden nicht nur das Herz eines jeden rein elektrisch betrieben Fahrzeugs, sondern auch eine unverzichtbare Stützsäule der Elektromobilität als Ganzes. In den vergangenen Jahren haben sich die Leistungswerte der modernen Batterien verbessert, vor allem in Hinblick auf Ladezeit und Speicherkapazität – und damit auch die für viele so bedeutende maximale Reichweite.
Die größeren derzeit erhältlichen Elektroauto-Batterien können bis zu 100 Kilowattstunden (kWh) speichern, was abhängig vom elektrisch betriebenen Fahrzeug bei einem Verbrauch von 15 bis 25 kWh einer maximalen Reichweite von 400 bis 600 Kilometern entspricht. Unter den passenden Bedingungen schaffen einige hochpreisige Modelle auch heute schon knapp 800 Kilometer, doch die in den Medien immer häufiger gepriesenen 1.000 Kilometer sind von diesem Wert immer noch ein gutes Stück entfernt.
In den vergangenen Monaten stößt man jedoch immer häufiger auf sogenannte Feststoffbatterien, auf welche immer mehr Hersteller von E-Autos setzen sollen. Mit dieser neuartigen Batterietechnologie sollen nicht nur Laufreichweiten von 1.000, sondern von bis zu 2.000 Kilometern mit nur einer Ladung erreicht werden können. Doch wie funktionieren diese neuartigen Akkus? Welche Vor- und Nachteile bringen sie mit sich? Kann der Feststoffakku überhaupt bis zur Massenproduktionsreife weiterentwickelt werden und wäre er dann überhaupt erschwinglich? Kurz: Können Feststoffbatterien realistisch betrachtet zur Verkehrswende und der Verbreitung der Elektromobilität beitragen?
Eigenschaften und Unterschiede von Feststoffbatterien
Allzu groß ist der technische Unterschied der Feststoff-„Superbatterien“ zu den heutzutage in Elektroautos eingesetzten Lithium-Ionen-Akkus zumindest auf den ersten Blick nicht. Anstelle von flüssigen Elektrolyten werden bei den neuen Feststoffbatterien – wie der Name schon verrät – feste Elektrolyten genutzt. Ein Elektrolyt übernimmt innerhalb von Batterien den Transport der Ionen zwischen der Anode und der Kathode. Das wiederum erlaubt Elektronen die Wanderung in die Gegenrichtung – genau dieser Prozess sorgt für die Übertragung von Strom und damit den Antrieb der Motoren von elektrisch betriebenen Vehikeln.
Ein für Laien zunächst unscheinbarer, aber nicht zu unterschätzender Vorteil der Nutzung fester Elektrolyten in Akkus: Für die Anoden können hier im Gegensatz zu Batterien mit flüssigen Elektrolyten, welche auf Graphit setzen, auch andere Stoffe eingesetzt werden. So können etwa Anoden aus Lithium verbaut werden, welches im Gegensatz zu Graphit ein wesentlich größeres elektrochemisches Potenzial bietet. Allerdings muss das Problem des weltweit äußerst hohen Gewinnungsaufwands bei Lithium noch überwunden werden.
Ein weiterer Vorteil der Feststoffbatterien ist sicherheitstechnischer Natur. Flüssige Elektrolyte ähneln Benzin und können sich daher, vor allem bei Unfällen, schnell entzünden und zum nicht zu unterschätzenden Sicherheits- und Gesundheitsrisiko werden. Die festen Elektrolyte der Feststoffakkus sind im Gegenzug äußerst widerstandsfähig und lassen sich kaum entzünden.
Feststoffbatterien: Sicherer, schneller, weiter?
Immer mehr namhafte Hersteller von Elektroautos, ob in Deutschland oder auf internationaler Ebene, forschen und investieren in die vielversprechende, verbesserte Batterietechnologie mit festen Elektrolyten. Weitere häufig genannte Vorteile der Technologie sind neben der wesentlich höheren Brandsicherheit vor allem besonders kurze Ladezeiten, auf lange Sicht niedrigere Kosten und signifikant größere Reichweiten für E-Autos: Bei einer halbierten Ladezeit sollen rund 30 Prozent größere Distanzen als mit den bisherigen Akkus und ihren flüssigen Elektrolyten ermöglicht werden. Abhängig von Modell und Hersteller soll auch die Energiedichte deutlich höher liegen können als bei klassischen Lithium-Ionen-Akkus. Je höher die Energiedichte einer Batterie ist, desto mehr Energie kann auf einem kleineren Raum gespeichert werden.
Diverse Automobilunternehmen befinden sich bereits in einer Planungs- oder Vorproduktionsphase und wollen Feststoffbatterien, zunächst in noch überschaubaren Stückzahlen, ab 2025 zur Verfügung stellen. Das Ende der „alten“ Technologie und der seit Jahrzehnten etablierten Lithium-Ionen-Batterien mit flüssigen Elektrolyten ist damit allerdings, trotz aller vielversprechenden Möglichkeiten der neuen Akkus, dennoch nicht in Sicht, im Gegenteil.
Denn auch hier sind Forschung und Entwicklung nicht an ihrem Ende; die Leistung der bekannten und in der Herstellung etablierten Batterien soll in den nächsten Jahren noch weiter gesteigert werden. Zudem werden weltweit nach wie vor neue Produktionsstätten für diese errichtet – die Herstellung der „Klassiker“ dürfte also noch mindestens ein weiteres Jahrzehnt fortgesetzt werden.
Drohnen, Busse oder Flugtaxis: Feststoffbatterien als Technologie mit hohem Zukunftspotenzial
Dank der hohen Flexibilität der Feststoffbatterien erlaubt die Technologie grundsätzlich einen hohen Grad an individueller Anpassungsfähigkeit im beabsichtigten Einsatzbereich. Schon heute werden Feststoffakkus auf Polymerbasis bereits in einigen Bussen des öffentlichen Nahverkehrs eingesetzt – die eher geringen Fahrtgeschwindigkeiten sowie durchgeplante Fahrtrouten erlauben hier eine relativ präzise Prognose der Beanspruchung und Abnutzung der neuartigen Batterietechnologie.
Zum jetzigen Zeitpunkt ist allerdings noch offen, ob und wann sich die leistungsstärkeren und sichereren Feststoffakkus auch auf dem internationalen Elektroauto-Massenmarkt durchsetzen können – im Gegensatz zum öffentlichen Personennahverkehr werden hier noch einmal leistungsstärkere hochenergetische Batterien mit festen Elektrolyten benötigt.
Doch auch für mögliche Zukunftstechnologien, die momentan noch eher wie kaum greifbare Science-Fiction erscheinen, bieten die neuen Feststoffbatterien Potenzial: Dank ihrer gewicht- und platzsparenden Eigenschaften, vor allem im Direktvergleich mit konventionellen Akkus, der potenziell längeren Lebensdauer oder der geringeren Wärmeabgabe wäre die innovative Technologie etwa ein idealer Kandidat für Flugtaxis. Doch auch „reguläre“ kleinere Flugdrohnen könnten schon heute signifikant von Feststoffbatterien profitieren.
GrienGo: Mit Feststoffbatterien und dem Ausbau der Ladeinfrastruktur für die Energiewende in Deutschland
Das Team von GrienGo beobachtet die Entwicklung der Feststoffbatterien mit ebenso großer Neugier wie auch Begeisterung. Wir unterstützen neue, innovative Technologien, dank welcher sich die Verbreitung der Elektromobilität und der Ausbau der Ladeinfrastruktur heute und in den kommenden Jahren signifikant weiterentwickeln – für eine elektrische und nachhaltige Zukunft in Deutschland und weltweit.
Fahren. Laden. Grienen. Mach es einfach.