Feststoffbatterie im E-Auto: Alle Infos zu Aufbau und Herstellern im Überblick

Inhalt

• Wie funktioniert eine Feststoffbatterie?
• Vorteile von Feststoffbatterien
• Wie weit ist die Entwicklung von Feststoffbatterien?
• Welche Autos setzen auf Feststoffbatterien?
• Fazit

Wie funktioniert eine Feststoffbatterie?

Um den Unterschied zwischen einer Feststoffbatterie und einer Lithium-Ionen-Batterie zu erklären, ist es sinnvoll, mit Letzterem anzufangen. Eine Lithium-Ionen-Batterie verwendet flüssige Elektrolyte, die es den Ionen ermöglichen, durch die verschiedenen Schichten der Batterie zu wandern.

Die Struktur einer Lithium-Ionen-Batterie besteht aus drei verschiedenen Schichten:

• Anode (-)
• Polymerseparator
• Kathode (+)

Damit kein Kurzschluss entsteht, gibt es in der Mitte den Polymerseparator. Zudem ist die Batterie nach außen von einer Schutzhülle umschlossen und mit einem Elektrolyt gefüllt. Der Elektrolyt sorgt dafür, dass die Ionen je nach ihrem Zustand (geladen/entladen) in beide Richtungen wandern können.

Der Aufbau einer Feststoffbatterie ist dem einer Lithium-Ionen-Batterie sehr ähnlich. Sie besteht ebenfalls aus einer Kathode, einem Separator und – im geladenen Zustand – einer Anode. Während die Lithium-Ionen-Batterie mit einem flüssigen Elektrolyt gefüllt ist, besteht die Feststoffbatterie, wie der Name schon sagt, aus einem festem Material.

Vorteile von Feststoffbatterien

Feststoffbatterien mit festem Elektrolyt weisen eine höhere Energiedichte auf als Batterien mit einem flüssigen. Dadurch sind sie deutlich platzsparender als Lithium-Ionen-Akkus und können dank der höheren Energiedichte das Auto dennoch mit mehr Reichweite versorgen. Zudem birgt die Flüssigkeit in den Lithium-Ionen-Batterien ein höheres Risiko von Batterieschäden, weshalb Feststoffbatterien sehr viel sicherer sind. Da die Flüssigkeit empfindlich gegenüber Temperaturschwankungen ist, kann es zur Überhitzung des Systems und im schlimmsten Fall zur Zerstörung der Batterie kommen. Feststoffbatterien hingegen enthalten keine Flüssigkeit, wodurch sie nicht überhitzen und auch nicht auslaufen können. Damit entfallen auch die in den Lithium-Ionen-Batterien vorhandenen Sicherheitskomponenten, womit zusätzlicher Platz eingespart wird.

Die höhere Energiedichte und der Wegfall der Sicherheitskomponenten ermöglichen mehr Leistung der Batterie bei gleichbleibender Größe. Da die Feststoffbatterie mehr Energie speichert, erhöht sie die Reichweite des E-Autos. Forschungen des Samsung Advanced Institute of Technology haben bereits vielversprechende Ergebnisse erbracht: Bis zu 800 Kilometer Reichweite soll die Feststoffbatterie möglich machen und dabei eine Lebensdauer von bis zu 1.000 Ladezyklen überstehen.

Wie weit ist die Entwicklung von Feststoffbatterien?

Der technologische Wettlauf um Feststoffbatterien, die für die Massenproduktion geeignet sind, geht weiter. Viele Hersteller aus verschiedenen Branchen arbeiten zurzeit an der nächsten Batteriegeneration, die massentauglich produziert werden kann. Das Spannende: Es gibt zahlreiche verschiedene Ansätze. Unzählige Forschungsabteilungen sind dabei, die Feststoffbatterien weiterzuentwickeln und dabei verschiedene Akku-Varianten auszutesten.

Große Hersteller wie Samsung, TNO und Hydro Quebec experimentieren mit verschiedenen Materialien. Mit Blick auf die Autoindustrie scheint es, als wären vor allem die japanischen Autohersteller der Konkurrenz voraus. Aber auch andere Automarken investieren in diesen Bereich und schließen Partnerschaften mit Technologieunternehmen. Dazu gehören QuantumScape (Volkswagen), Prologium (Mercedes) und Solid Power (BMW, Ford). Bereits ab 2025 sollen die ersten E-Autos mit Feststoffbatterien ausgestattet sein. Mit einer Serienproduktion wird allerdings nicht vor 2030 gerechnet.

Welche Autos setzen auf Feststoffbatterien?

Bislang ist es noch keinem Automobilhersteller gelungen, ein Auto mit einer Feststoffbatterie auszustatten. Das könnte sich jedoch in den kommenden Jahren ändern. Die ersten Toyotas könnten bereits 2025 auf den Markt kommen. Dabei wird es sich allerdings nicht um reine E-Autos handeln, sondern zunächst um ein Hybridfahrzeug. Hyundai hingegen erklärte, im Jahr 2028 ein Serien-Elektrofahrzeug mit Feststoffbatterie auf den Markt zu bringen.

Fazit

Inzwischen arbeiten einige Hersteller daran, die Entwicklung von Feststoffbatterien voranzutreiben. Für die Automobilbranche und insbesondere die Elektromobilität könnte diese Technik weitreichende Auswirkungen haben. Schon bis zum Ende dieses Jahrzehnts können die ersten E-Autos serienmäßig produziert werden.