Batterietechnologie mit enormer Reichweite
Die Feststoffbatterie ermöglicht e-Autos eine wesentlich höhere Reichweite als mit Lithium-Ionen-Akkus und erhöht damit die Attraktivität für den Kauf von e-Autos. Außerdem ist diese Batterievariante nachhaltiger und sicherer. Feststoffbatterien befinden sich derzeit noch in der Entwicklung, gelten aber als aussichtsreichste Akkutechnologie für die zukünftige Elektromobilität.
Alternative Bezeichnungen für die Feststoffbatterie sind: Festkörperbatterie, Festkörperakkumulator oder Solid-State Lithium-Ion Battery (kurz: SSLB).
Reichweite von e-Autos: bisher größter Hemmschuh für Käufer
Für viele ist die Reichweite von e-Autos das wichtigste Argument, warum sie bisher den Umstieg vom Verbrenner gescheut haben. Sie fürchten, gerade auf langen Strecken häufiger längere Pausen einlegen zu müssen oder gar stehen zu bleiben, weil nicht rechtzeitig eine Ladesäule zu finden ist. Mit der Feststoffbatterie soll sich das ändern.
Unterschied zwischen Lithium-Ionen-Batterie und Feststoffbatterie
Aktuell sind Lithium-Ionen-Batterien die am häufigsten genutzte Batterietechnologie für e-Autos. Trotz steigender Reichweite sind dieser Technologie Grenzen gesetzt. Die Forderung nach leichten, kompakten Fahrzeugen mit einer hohen Reichweite lässt sich nur schwer mit der Lithium-Ionen-Batterie umsetzen.
Eine Lösung dafür sind Feststoffbatterien. Sie liefern eine viel größere Energiedichte, können also bei einer kleineren Masse und kleinerem Volumen viel mehr Energie bereitstellen.
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Merkmale der Feststoffbatterie
Der Strom wird auch in einer Feststoffbatterie nach dem gleichen Prinzip wie in anderen Batterietypen erzeugt: Die Elektronen bewegen sich über ein Trägermaterial (der Elektrolyt) vom Pluspol zum Minuspol, wodurch chemische in elektrische Energie umgewandelt wird.
Im Gegensatz zur Lithium-Ionen-Batterie wird bei der Feststoffbatterie die Ladung jedoch nicht über ein flüssiges, sondern ein festes Trägermaterial (anorganische, feste Elektrolyte) transportiert. Die festen Elektrolyte sind in dünnen Schichten übereinander angeordnet.
Dadurch können die Batteriezellen leichter werden, wodurch die Leistung und damit die Reichweite erhöht werden kann. Wissenschaftler gehen hierbei von einer Steigerung von bis zu 50 Prozent aus.
Die Vorteile der Feststoffbatterie im Überblick:
- Energiedichte wird erheblich erhöht
- schnelleres Aufladen möglich, ohne dass die Batterie dabei Schaden nimmt (keine Überhitzung)
- Verbesserung der Sicherheit: Zellen enthalten keine flüssigen, leicht brennbaren Materialien mehr
- Batteriezellen werden robuster – erleichtert Systemintegration, Kühlung, Handhabung
- erhöhte Lebensdauer der Batteriezellen – mehr Ladezyklen möglich (bis zu 100.000)
Platz und Gewicht wird bei Feststoffbatterien auch deshalb gespart, weil sie keinen Kühlkreislauf benötigen.
Wann werden Feststoffbatterien in e-Autos eingesetzt?
Die Forschung zur Feststoffbatterie ist noch lange nicht abgeschlossen. Daran sind auch viele Automobilunternehmen beteiligt, u.a. BMW mit dem Projekt Alano. Alano steht für „Alternative Anodenkonzepte für sichere Feststoffbatterien“. An dem Projekt ist neben BMW das Helmholtz-Institut Ulm (gegründet vom Karlsruher Institut für Technologie und der Universität Ulm) beteiligt.
Der Schritt zur Massenproduktion wird aber noch einige Jahre dauern. Voraussichtlich zwischen 2025 und 2030 soll die Serienproduktion starten. Die beiden größten Herausforderungen in der Entwicklung der Feststoffbatterien sind:
- hochleistungsfähiger Festelektrolyt, der die Lithium-Ionen ähnlich schnell transportiert wie ein flüssiger Elektrolyt
- Festelektrolyt muss als sehr dünne keramische Schicht dauerhaft mit den Elektroden verbunden werden
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