Feststoff-Akkus für E-Autos: Sind Feststoffbatterien die Zukunft?

Die Reichweite ist noch immer zu gering für viele E-Auto-Interessierte. Die Lösung könnte zukünftig der Feststoffakku sein. Einige Hersteller arbeiten bereits daran, allen voran Toyota mit einer Feststoffbatterie aber auch VW. Alle Infos zum Thema Feststoffzelle findet ihr hier.

⏰ Kurz zusammengefasst

• Elektrolyt ist fest und nicht mehr flüssig
• Alternatives Anodenmaterial möglich
• Hohe Reichweiten und kurze Ladezeiten
• Könnte recht teuer werden
• Entwicklung ist in vollem Gange

So schnell wird es kein Auto mit Feststoffbatterie geben, doch auch die aktuellen Elektroautos mit klassischem Lithium-Ionen-Akku sind auf jeden Fall zu empfehlen. Wir haben hier unsere top E-Autos für dich zusammengestellt:

Was macht eine Feststoffbatterie so besonders?

Eine Feststoffbatterie ist eine spezielle Art von Akku, bei dem beide Elektroden und auch der Elektrolyt aus festem Material bestehen. Bei klassischen Akkus ist der Elektrolyt flüssig.

In der Welt der Batterie- und Akkuforschung gilt die Feststoffbatterie für den Einsatz in Elektroautos seit einiger Zeit als der Königsweg. Das schlagende Argument ist wohl die hohe Reichweite, die möglich wird, weil man reines Lithium an die Anode anlagern kann. Reines Lithium hat eine viel höhere Speicherkapazität, nämlich 2.860 mAh/g (mAh/g = Milliamperestunden pro Gramm), während aktuelle Anoden nur auf ca. 370 mAh/g kommen.

Bislang wird als Kathodenmaterial außerdem Kobalt eingesetzt. Auf Kobalt verzichten zu können wäre ein großer Schritt, denn das Grundmaterial ist giftig, teuer und nur begrenzt verfügbar. Außerdem wird es unter teils menschenunwürdigen Arbeitsbedingungen vor allem in Afrika gewonnen.

Wie funktioniert eine Festkörperbatterie?

Der feste Elektrolyt übernimmt den Transport von Ionen zwischen der Anode und der Kathode – sowohl in die eine wie in die andere Richtung. Das sorgt für Stromfluss und treibt am Ende den Elektromotor an.

Bei einer Feststoffbatterie kann man außerdem alternative Anodenmaterialien verwenden – bisher kommt Graphit zum Einsatz, doch es gibt bessere Materialien die effizienter sind.

Bei einer Feststoffbatterie lässt sich reines Lithium an der Anode anlagern. Potentielle Elektrolyt-Kandidaten sind Glas, Keramik oder Schwefelverbindungen. Der Elektrolyt trennt Minus- und Pluspol, also Kathode und Anode voneinander und verhindert so einen Kurzschluss.

Vor- und Nachteile von Feststoffakkus

Der Feststoffakku wird als Ideallösung gehypt, und er hat durchaus einige Vorteile. Allerdings gibt es auch Nachteile, die nicht unerwähnt bleiben sollen.

Vorteile von Feststoffbatterien

• Sehr kurze Ladezeiten
• Enorm hohe Reichweiten
• Große Sicherheit

Der am meisten genannte Vorteil ist, dass Feststoffbatterien eine höhere Speicherdichte aufweisen als herkömmliche Lithium-Ionen-Akkus, was an der Verwendung von reinem Lithium liegt. Damit werden höhere Reichweiten erreicht. Außerdem sind sie leichter, weil der Elektrolyt fest ist und deshalb dünner sein kann, als eine flüssige Trennschicht.

Hier wären wir beim nächsten Vorteil, der Elektrolyt ist nicht mehr flüssig. Das ermöglicht schnelleres Laden und soll angeblich die Brandgefahr mindern. Auch die CO2-Bilanz ist deutlich besser.

Nachteile von Feststoffakkus

• Lebensdauer eventuell geringer
• Wenig Effizient bei hohen Temperaturen
• Hoher Preis wahrscheinlich

Damit der Akku in einem Auto zur Anwendung kommen darf, müssen sehr hohe Anforderungen erfüllt werden: Er muss eine Schnellladefähigkeit haben, eine hohe Lebensdauer nachweisen, temperaturtolerant sein und einen bezahlbaren Preis haben. Bei allen diesen Kriterien müsste der Feststoffakku besser abschneiden, als die bestehenden Technologien.

Was bisher noch problematisch ist, sind vor allem die Punkte Lebensdauer und niedrige Temperaturen. Das Problem ist, dass die Ionen in festen Elektrolythen bei Kälte eher zäh wandern, was das Aufladen ebenfalls zu einer zähen Angelegenheit macht. Hohe Temperaturen hingegen sind bis zu 200 Grad kein Problem, machen den Akku irgendwann aber nur noch wenig effizient.

Wann kommen die ersten Autos mit Festkörperbatterie?

Sowohl Nissan als auch Toyota haben angekündigt, dass frühestens 2027/28 die ersten Autos mit Feststoffakku in Serienproduktion gehen könnten. Wann andere Hersteller so weit sind, ist noch nicht klar.

Welche Hersteller arbeiten an einem Festkörperakku?

Festkörperakkus sind ein neues, aber hart umkämpftes Forschungsgebiet. Viele Hersteller haben in Firmen investiert, die an Festkörperakkus forschen.

Toyota arbeitet an verschiedenen E-Auto Batterien, unter anderem auch an einer Festkörperbatterie. Sie soll in der nächsten Generation der Toyota-Elektroautos zum Einsatz kommen – voraussichtlich bereits 2027/28. Dem Hersteller ist ein Durchbruch gelungen: Durch die schnellere Ladezeit und die höhere Kapazität war eine kürzere Lebenszeit erwartet worden, doch das konnte Toyota jetzt lösen.

VW ist beispielsweise mit 100 Millionen Dollar am Festkörper-Start-up Quantum Scape beteiligt. Ein elektrischer Kompaktwagen könnte dann statt 300 Kilometer gut 750 Kilometer weit kommen.

Auch Nissan-Renault haben in die Branche investiert und möchten gemeinsam mit Ionic Materials die Feststoffbatterie bis zur Marktreife entwickeln. Wer hätte gedacht, dass die Geschichte des Elektroautos mal so weit geschrieben wird?