Zukunft der E-Auto-Batterie: So weit ist die Technik
Wann kommt der Wunderakku für superschnelles E-Auto-Laden?
Bessere, superschnell ladende Akkus würden E-Autos attraktiver machen – und die Reichweite vergrößern. Viele Unternehmen arbeiten an neuer Akkutechnik. Was ist der aktuelle Stand in der Batterieentwicklung? Alle Infos!
Bild: Matthias Brügge / AUTO BILD
Inhaltsverzeichnis
- Warum ist die Weiterentwicklung der E-Auto-Batterien so wichtig?
- Welche Akku-Fortschritte sind in Arbeit?
- Was bringt der IBIS-Wechselstromakku von Stellantis?
- Welche Vorteile hat der Feststoffakku, wann kommt er?
- Was ist über die Farasis-Feststoffzellen bekannt?
- Wie wird der Lithium-Ionen-Akku weiterentwickelt?
- Wie weit ist der Natrium-Ionen-Akku?
- Wie ordnet Chemieprofessor Fichtner die Entwicklungen ein?
- Welche Autos kommen mit neuen Schnelllade-Akkus?
Die Entwicklung neuer E-Auto-Akkus interessiert alle, die den Umstieg auf ein neues E-Auto scheuen, aber mit Reichweite und Ladegeschwindigkeit hadern. Das sind aktuell viele Deutsche, zeigen die Zulassungszahlen: Gerade einmal 18 Prozent aller neuen Autos in Deutschland werden mit E-Motor geordert.
Warum das so ist? Das könnte an den technischen Limits von E-Auto-Akkus liegen. Denn der im Vergleich zu flüssigen Kraftstoffen eher dürftige Energieinhalt herkömmlicher Akkus erfordert häufiges Nachladen, spürbare Ladezeiten und einen anderen Umgang mit dem Auto. Nun versprechen neue Batterietechnologien höhere Reichweiten und kürzeres Laden – und damit eine bessere Akzeptanz von E-Autos. Was sind die nächsten Schritte in der Akku-Entwicklung?
Testsieger
Weil so viel am schnellen Laden von E-Autos hängt, arbeiten viele Firmen wie Forschungseinrichtungen am Fortentwickeln vom Lithium-Ionen-Akku wie auch an neuen Akku-Konzepten. Aktuell konzentrieren sich viele Hersteller auf Feststoffakkus, die als das "nächste große Ding" in der Batterietechnologie gelten. Daran sind gerade Stellantis und Mercedes maßgeblich beteiligt. Zudem hat Stellantis jüngst eine revolutionäre Batterietechnik präsentiert, den Wechselstromakku. AUTO BILD zeigt den aktuellen Stand der Batterieentwicklung.
Die Anforderungen an E-Auto-Akkus sind deutlich höher als bei Batterien der Unterhaltungselektronik. Es geht um Lebensdauer, Sicherheit, Leistungsfähigkeit – vor allem aber um die Kosten. Wenn ein Bauteil mehrere Hunderttausend Mal produziert wird, potenzieren sich auch kleine Beträge. Aktuell beschäftigen sich die meisten Forschungsprojekte damit, die bereits vorhandene Lithium-Ionen-Technologie weiter zu optimieren. Diese Akkus mit flüssigem Elektrolyt haben noch viel Potenzial, sind insbesondere geeignet für günstige Fahrzeuge. Somit arbeiten Forscher daran, sie leichter und effizienter zu machen.
Der Hintergrund: Das Optimieren ist oft vielversprechender, als mit großem Aufwand neue Wege zu beschreiten. Allzu oft versprechen Hersteller neuer, revolutionärer Batterien eine schnelle Umsetzung, doch von vielen Ideen hört man nie wieder was. So erging es NanoFlowCell oder der Kolibri-Batterie. Beide scheiterten.
Kürzlich hat Stellantis jedoch die sogenannte IBIS-Batterie ("Intelligent Battery Integration System") präsentiert – montiert in einen fahrfähigen Peugeot E-3008. Es ist ein neuartiger Wechselstrom-Akku, der revolutionäre Veränderungen verspricht: Weil Steuerungselektronik und Inverter in die Module verlagert werden, braucht es keinen separaten Wechselrichter oder Ladegerät mehr – man spart etwa 40 kg Gewicht und gewinnt 17 Liter Platz im Auto, beispielsweise für einen "Frunk".
Bild: Matthias Brügge / AUTO BILD
Anstelle mit gefährlicher Hochvoltspannung arbeitet der Akku mit unter 60 Volt Spannung und liefert dreiphasigen Wechselstrom direkt zum Motor. Die Batterie reduziert Ladeverluste um 10 Prozent, vergrößert die Reichweite mit gleicher Kapazität um ebenfalls 10 Prozent, bei Stadtfahrten sogar um bis zu 15 Prozent. Die IBIS-Technologie ist batteriechemieunabhängig (z. B. LFP, Natrium-Ionen etc.), ermöglicht Einzelmodulwechsel und könnte außerdem für Vehicle-to-Grid ("V2G") oder für "Second-Life"-Einsätze genutzt werden. Laut Stellantis wird mit einem Serieneinsatz gegen Ende des Jahrzehnts gerechnet.
Bei dieser Batterie ersetzt ein fester Elektrolyt aus leitfähiger Keramik den flüssigen Elektrolyt zwischen Plus- und Minuspol. Mit schnelleren Ladezeiten, einer höheren Energiedichte und mehr Leistung bietet die Feststoffbatterie große Vorteile gegenüber Akkus mit flüssigem Elektrolyt. In der soliden Batterie ersetzt reines metallisches Lithium den Minuspol (Anode), der bisher aus Grafit besteht. Diese Bauweise macht die Batterien leichter, bis zu 40 Prozent effizienter und weniger feuergefährlich. Auch ihre Ladeträgheit im Hochsommer oder bei Frost würde deutlich nachlassen.
Kürzlich machte der chinesische Batteriezellen-Hersteller Farasis Energy Schlagzeilen: Noch in diesem Jahr wird eine Pilotanlage für Feststoffakku-Zellen in Betrieb gehen, teilt das Unternehmen mit, das auch eine Niederlassung in Deutschland hat. Bei dem neuen Produkt handelt es sich um Festkörperzellen auf Sulfid-Basis. Die provisorische Fertigungsstraße soll Kapazitäten von 200 Megawattstunden jährlich produzieren. Im kommenden Jahr werde die Fertigung dann auf Gigawattstunden-Niveau skaliert werden. Die Energiedichte der marktfähigen Zellen soll 400 Wattstunden pro Kilogramm betragen – das wäre gut das Doppelte von durchschnittlichen Lithium-Ionen-Akkus konventioneller Bauweise.
In Kürze sollen Musterzellen an alle Partner geliefert werden. Sie haben einen Energieinhalt von jeweils 60 Ampèrestunden – das entspricht knapp 20 kWh. Zum Vergleich: Der kleinste Akku im kompakten Elektro-VW ID.3 Pure hat eine Nettokapazität von 52 kWh. Farasis ist seit 2018 strategischer Partner von Mercedes-Benz, unter anderem wird die elektrische S-Klasse Mercedes EQS mit Farasis-Batteriezellen ausgestattet. Damit trägt Farasis zum derzeit größten Akku in einem Elektroauto auf dem europäischen Markt bei. Auch Geely und der türkische Hersteller Togg gehören zu den Partnern.
Wie nutzen Mercedes und Stellantis Factorial-Batteriezellen?
In kurzem Abstand haben Mercedes und Stellantis über Tests mit Feststoff-Akkuzellen des US-Herstellers Factorial berichtet. Beide Unternehmen sind an Factorial als Investoren beteiligt.
Mercedes fährt Rekord im EQS mit Feststoffakku
Seit Februar 2025 schafft ein Mercedes EQS mit Factorial-Feststoffakku Rekordreichweiten von über 1200 km. Der Stromspeicher soll 25 Prozent mehr Reichweite bringen. In puncto Abmessungen und Gewicht und Kapazität sei der neuartige Akku aber vergleichbar mit dem Energiespeicher in der elektrischen Serien-S-Klasse, so der Hersteller.
Noch vor 2030 will Mercedes die ersten Serienautos mit Factorial-Feststoffakkus anbieten, kündigte Mercedes kürzlich an. Mercedes arbeitet auch mit dem taiwanesischen Partner ProLogium zusammen. Im nordfranzösischen Dünkirchen baut ProLogium eine Batteriefabrik für neue Akkutypen, die 2027 die Produktion aufnehmen soll.
Bild: Mercedes-Benz AG
Stellantis-Charger mit Feststoffakku geplant
Stellantis hat für 2026 eine "Demonstrationsflotte" mit Feststoff-Akkus angekündigt. Die Factorial-Zellen vom Typ FEST ("Factorial Electrolyte System Technology"), die auch Mercedes nutzt, wurden von Stellantis offiziell "validiert". Sie sind zur – experimentellen – Nutzung innerhalb der Autoentwicklung des Unternehmens freigegeben. Welche Modelle in dem Weltkonzern, der unter anderem die Marken Alfa Romeo, Fiat, Opel und Jeep vereint, als Erste mit dem neuen Stromspeicher ausgestattet werden, ist bisher nicht bekannt. In einer Stellantis-Grafik steckt der Akku in einem Dodge Charger Daytona.
Im elektrischen Dodge Charger Daytona will der Multimarkenkonzern Stellantis neuartige Feststoffbatterien testen.
Bild: Stellantis
Wie ist der Stand beim Mercedes-Partner ProLogium?
Mercedes arbeitet mit weiteren Batterieherstellern zusammen. Kürzlich hat ProLogium, ein weiterer Mercedes-Partner aus Taiwan, ebenfalls einen Durchbruch in der Feststoffakku-Technologie gemeldet. Die Anoden der Festkörperzelle von ProLogium bestehen aus 100 Prozent Silikon-Komposit. Diese und weitere Neuerungen sollen bewirken, dass die Feststoffbatterie mehr als die doppelte Energiedichte besitzt wie moderne Lithium-Ionen-Akkus mit flüssigem Elektrolyt.
Außerdem sei sie derart schnellladefähig, dass in fünf Minuten Energie für 300 km gespeichert werden könne. Dieser "Lithium-Keramik-Akku" soll ab 2030 in Mercedes-Modelle eingebaut werden. Damit wäre Mercedes knapp hinter Toyota, dessen Feststoffbatterie bereits 2027 kommen soll. Da parallel Akkus mit Factorial-Zellen getestet werden (siehe oben), fährt Mercedes also (mindestens) zweigleisig in der Entwicklung von Feststoff-Batterien.
Bild: Toyota Deutschland GmbH
Batterie-Experte Maximilian Fichtner, Professor für Feststoffchemie der Universität Ulm, sagt dazu: "Die Schwierigkeit ist, das so zu fertigen, dass die Anordnung über lange Zeit stabil ist und die vielen kleinen Kontaktflächen der verschiedenen Festkörper beim Be- und Entladen nicht abreißen."
Ausgründung der TU München entwickelt Feststoff-Elektrolyt
Die Suche nach dem bestgeeigneten Elektrolyt beschäftigt zahlreiche Forschungseinrichtungen und Unternehmen rund um den Globus. Das deutsche Start-up Qkera berichtete zuletzt von einer Neuerung, an der die Ausgründung der Technischen Universität München seit einem Jahr forscht. Laut der Co-Gründerin Jennifer Rupp setzt die Firma auf oxidbasierte Keramik. Dieses Material sei stabiler und damit langlebiger als solches auf Sulfidbasis. "Frühere Testergebnisse mit Akkus, die solche Elektrolyte verwenden, ergaben 10.000 Ladezyklen Lebensdauer", sagt Rupp gegenüber AUTO BILD. Aktuelle (konventionelle) Traktions-Akkus schaffen bis zu 6000 Ladezyklen.
Dass oxidbasierte Keramik das beste Material für den Elektrolyt in einem Feststoffakku ist, sei in Expertenkreisen allgemein anerkannt. Aktuell befindet sich Qkera in Gesprächen mit Herstellern. Wann der erste Akku mit dem von ihnen entwickelten Elektrolyt marktreif ist, kann die Wissenschaftlerin noch nicht sagen, es dürfte aber noch Jahre dauern.
Wann kommt der Feststoffakku von Samsung SDI?
Anfang August 2024 hat der Technologiekonzern Samsung seinen nächsten Fortschritt bei der Entwicklung der Feststoffzellen-Technologie gemeldet. Die Batterietochter Samsung SDI stellte auf der Messe Interbattery im koreanischen Seoul eine All Solid State Battery (Vollfeststoff-Batterie) vor, die eine Speicherkapazität von 900 Wh/Liter aufweist. Das wäre ein Sprung von 40 Prozent gegenüber dem vorherigen Modell. Gegenüber aktuellen Lithium-Ionen-Akkus mit flüssigem Elektrolyt entspräche diese Energiedichte einer Steigerung von 300 bis 400 Prozent. Dieser Feststoffakku soll bis 2027 marktreif sein.
Bild: Samsung SDI
Wann steht der TDK-Feststoffakku zur Verfügung?
Auch die japanische TDK Corporation arbeitet an einem neuen Material für Festkörperakkus. Die Energiedichte von 1 kWh pro Liter sei hundertmal höher als die von bereits existierenden TDK-Festkörperakkus. Seit Ende 2024 ist der Mini-Akku "CeraCharge" für tragbare Kleinstgeräte wie Uhren oder Kopfhörer verfügbar – allerdings nicht für den Massenmarkt, sondern lediglich im experimentellen Rahmen. Bis die neue Technologie auch als Großspeicher für E-Autos zur Verfügung steht, dürfte es noch ein paar Jahre dauern, schätzt Prof. Dr. Maximilian Fichtner, Feststoffakku-Experte der Uni Ulm in der "FAZ".
Neuartiger Halb-Feststoffzellenakku von Nio
Auch der chinesische Hersteller Nio arbeitet am Feststoff-Akku (hier sind Einzelheiten zum Nio-Akku). Seit Ende 2024 ist ein solcher Energiespeicher im Oberklasse-Elektroauto ET7 auf dem chinesischen Markt verfügbar. Ob und wann es nach Europa kommt, ist noch offen. Ende 2023 schaffte der Nio ET7 mit einem 150-kWh-Feststoffakku laut Nio 1044 km Reichweite. Es ist eine Batterie aus "Semi Solid State"-Zellen, also eine Halb-Feststoff-Batterie, bei der eine der beiden Kathoden in einem festen Elektrolyt, die andere in einem flüssigen eingebettet ist. Somit verwendet der Hersteller sowohl konventionelle Lithium-Ionen-Technik als auch die zukunftsträchtige Technik der Feststoffakkus.
Jüngsten Informationen zufolge erreicht die Semi-Solid-State-Zelle eine Energiedichte von 360 Wh pro Kilogramm, das wäre doppelt so viel wie beim modernen Lithium-Ionen-Akku. Ein Hindernis zum umfassenden Einbau ist der Preis, solche Akkus dürften 38.000 Euro kosten – das Stück.
Wo steht VW beim Feststoffakku?
Letztlich arbeitet auch VW am Feststoffakku. In Zusammenarbeit mit dem US-amerikanischen Partner Quantumscape (QS) aus Kalifornien haben die Wolfsburger zuletzt eine Lizenzvereinbarung abgeschlossen. Diese Vereinbarung ermöglicht es VW, Feststoffzellenakkus für bis zu eine Million Elektroautos pro Jahr zu produzieren, teilte die Batterietochter PowerCo mit. Details zu Startzeitpunkt und Produktionsort der Akkufertigung bleiben vorerst offen, denn die Technologie ist noch nicht serienreif.
Zuletzt hatte Quantum Scape eine Batteriezelle entwickelt, die im ersten Test eine potenzielle Haltbarkeit von 500.000 Kilometern erreichte. Dabei sank ihre Kapazität um lediglich fünf Prozent. Die Zelle erfüllte auch hinsichtlich Schnelllade-Fähigkeit, Sicherheit und Selbstendladung "alle Anforderungen". Dieser sogenannte A-Muster-Test ist die erste von drei Prüfungsstufen, nach denen ein neuer Akku die Serienreife erreicht. Bei diesem Test absolvierte die Zelle von Quantum Scape 1000 Ladezyklen.
Da VW dem neuen Stromspeicher (in entsprechender Zell-Gruppierung) eine Reichweite von 500 km zutraut, erklärt sich die Hochrechnung der potenziellen Laufleistung. VW rechnet mit dem Einsatz um 2030. Hier ist von 844 Wh/Liter Energiedichte die Rede, bezogen auf das Gewicht spricht VW von 301 Wh/kg. Damit würde sich die Speicherkapazität hinsichtlich der Masse mehr als verdoppeln. Ende 2024 hat Quantumscape mit dem Bau seiner B-Musterzelle QSE-5 begonnen. Die Kapazität: 5 Ah. Also müssten viele solcher Zellen zu einem Akkupaket kombiniert werden.
Auch der klassische Lithium-Ionen-Akku mit flüssigem Elektrolyt wird weiter optimiert: Laut Batterieexperte Maximilian Fichtner sei inzwischen das Speichervermögen für Reichweiten von 1900 km innerhalb einer Ladezeit von zehn Minuten möglich – solche Akkus würden in wenigen Jahren in Mittelklasseautos verfügbar sein, sagte Fichtner Mitte 2024 der "FAZ".
Was ist das Problem bei Lithium-Ionen-Akkus?
Bei den bisherigen Lithium-Ionen-Batterien besteht ein konstruktiv bedingtes Akku-Problem darin, dass sich beim Be- und Entladen nach und nach kleine Metallnadeln auf dem Lithium bilden. Sie ähneln Kristallen und werden Dendriten (nach griechisch "dendron" für Baum) genannt. Diese Metallnadeln entstehen vor allem beim Schnellladen (hier sind Tipps für ein langes Akku-Leben). Durch ihr Vorhandensein verringert sich die Kapazität des Akkus, er altert. Bei stärkerer Ausdehnung stoßen sie an die gegenüberliegende Elektrode, dann kommt es zu einem Kurzschluss der Batteriezelle.
Um das zu verhindern, ersetzt man bei der Festkörperbatterie den flüssigen Elektrolyt zwischen den Elektroden durch eine dünne Keramikschicht. Die ist nicht brennbar, leitet aber die Lithium-Ionen und bildet zudem eine mechanische Barriere gegen die erwähnten Metallnadeln.
In der Li-Ionen-Technologie schlummert nach Ansicht von Experten noch viel Potenzial. Hier der Akku vom Mercedes EQA.
Bild: Daimler AG
Auch Tesla in Grünheide (Brandenburg) und das israelische Start-up StoreDot entwickeln die Lithium-Ionen-Batterie weiter. StoreDot arbeitet an siliziumdominierten XFC-Lithium-Ionen-Akkus, die 160 Kilometer Reichweite in fünf Minuten ermöglichen sollen. Tests in produktionsfähigem Format verliefen bereits erfolgreich, 2024 soll die Batterietechnologie für "extremes Schnellladen" auf den Markt kommen.
Wie entwickelt CATL den Li-Ionen-Akku weiter?
Die jüngste Akku-Neuigkeit stellt CATL in einem Video vor: Die neue Batterie soll sich in nur 12 Minuten vollladen lassen. Die Ladegeschwindigkeit ist 5C (voll in 12 Minuten), zudem soll der neue Akku 3000 Ladezyklen bei 20 Grad Umgebungstemperatur schaffen. In seiner Präsentation geht der chinesische Batterie-Gigant von einem großen Energiespeicher aus, der 600 km Reichweite ermöglicht. Mit einem solchen Akku könnte ein Auto im Laufe seines Lebens rund 1,8 Millionen Kilometer zurücklegen – aktuell geben die Autohersteller im Schnitt rund 160.000 Kilometer Garantie auf ihre Akkus. CATL setzt nach eigenen Angaben auf ein verbessertes Batteriemanagement, gezielte Kühlung sowie chemische Schutzschichten und Zusatzstoffe, um Verschleiß und Risse zu verhindern. Selbst bei 60 Grad Umgebungstemperatur soll der Akku nach 1400 Ladezyklen noch 80 Prozent Kapazität besitzen. Allerdings bleiben wichtige Angaben zu Marktstart, Batteriechemie und konkreter Ladeleistung offen.
Bild: Changan
Der zuvor letzte Technologiesprung beim Shenxing-Akku verspricht das Laden im Tankstellentempo. Nach zehn Minuten soll die neue Batterie genug Energie für knapp 500 Kilometer laden. Das ist nahezu so schnell, wie ein Verbrenner zum Auftanken benötigt. Die erste Version stellte der weltgrößte Batteriehersteller CATL (Contemporary Amperex Technology Limited) schon 2023 vor. Diese Batterie auf Lithium-Eisenphosphat-Basis erreicht kürzeste Ladezeiten. Auch ein "Shenxing Plus", der für 1000 km gut ist, wurde angekündigt. Wann die Batterie in Serienproduktion gehen könnte, ist noch nicht bekannt.
Auch im Winter weist der neue Akku Vorteile auf, verkündet CATL: Auch bei tiefen Temperaturen im zweistelligen Minusbereich – derzeit noch die Achillesferse von Lithium-Ionen-Akkus – würde der Strom noch sehr schnell fließen. Der innovative Energiespeicher soll sich selbst bei minus 15 Grad noch in 15 Minuten von 10 auf 80 Prozent laden lassen.
Hintergrund: Der flüssige Elektrolyt, der Anode und Kathode trennt, wird bei niedrigen Temperaturen zäh, was den Ionenfluss verlangsamt und die Akkukapazität einschränkt. Ein neuer Flüssig-Elektrolyt soll sich schnell und unter geringem Energieeintrag aufheizen lassen. Das soll einem Akku selbst bei minus 20 Grad Außentemperatur zu einer um 50 Prozent höheren Kapazität verhelfen. Selbst bei optimalen Temperaturen sei die Energiedichte noch 43 Prozent höher als bei konventioneller Technologie. Weitere Details nannte der Hersteller bisher nicht.
Eine weitere Innovation, die CATL in Shanghai vorstellte: Die "Freevoy Dual Power Battery" vereint zwei Stromspeicher mit unterschiedlicher Zellchemie. In der Batterie sind sowohl leistungsstarke Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt-Zellen als auch günstige, weniger effiziente Lithium-Eisenphosphat-Zellen kombiniert. Das erlaubt es, Alltagstauglichkeit auf der Kurzstrecke und hohe Leistung fürs Reisen im E-Auto zu verbinden.
Was ist der SALD-Akku?
Ein weiteres, verbessertes Konzept des Li-Ionen-Akkus ist die SALD-Batterie (Spatial Atom Layer Deposition) mit optimierten Komponenten. Im Rahmen der Weiterentwicklung der Lithium-Ionen-Akkus werden die Zellen mit einer ultradünnen Atombeschichtung ummantelt, die den Ionenfluss zwischen Anode und Kathode deutlich erleichtert und damit die Sicherheit und Langlebigkeit verbessert. Bis zu 2000 Kilometer sollen so möglich sein, zudem ein deutlich schnelleres Laden.
Bei einem weiteren neuen Akkuprinzip wird das Lithium der Batterie durch Natrium ersetzt, daher wird auch vom "Salz-Akku" gesprochen. Das chemische Element ist billig und nahezu unbegrenzt an vielen Lagerstätten vorhanden. Das Prinzip der Natrium-Ionen-Batterie ist seit Jahrzehnten bekannt, wird aber erst jetzt verstärkt verfolgt, insbesondere von CATL (Contemporary Amperex Technology Limited). Natrium-Ionen-Akkus sind nicht brennbar, weniger kälteempfindlich (müssen daher nicht vorgeheizt werden), reagieren robuster auf hohe Ladeströme und halten auch länger. Auch auf weitere teure und seltene Rohstoffe wie Kobalt, Kupfer und Nickel kann verzichtet werden. Natrium ist eines der häufigsten chemischen Elemente, sein Vorrat ist praktisch unbegrenzt. Der Nachteil: eine um ein Viertel niedrigere Energiedichte, also eine geringere Reichweite bei gleichem Gewicht.
Der Natrium-Ionen-Akku soll schon bald marktfähig sein. Er kommt ohne Lithium, Nickel und Kobalt aus.
Bild: CATL
Akkus ohne Kobalt in der Entwicklung
Die Great-Wall-Motors-Tochter SVOLT (aus China) und General Motors (GM) sind an einer kobaltfreien E-Auto-Batterie dran. US-Forscher glauben, den Durchbruch bei der Suche nach mehr Reichweite gefunden zu haben, indem sie mit einer neuartigen Elektrolyt-Mischung die Dendriten-Bildung eindämmen.
Was bringt die Silizium-Anode?
Beinahe unglaublich klingt, was die Sogang-Universität in Seoul (Südkorea) jüngst ankündigte: Wissenschaftler wollen die Grundlagen für einen Lithium-Polymer-Akku entwickelt haben, dessen Kapazität – und damit die Reichweite eines E-Autos – um das Zehnfache höher wäre als heute.
Ihr Ansatz ist eine Super-Anode, die beim Fahren (Entladung) gegenüber der Lithium-Kathode Strom abgibt. Statt wie bisher aus Grafit besteht sie aus erheblich energiereicherem Silizium. Das hat den Nachteil, dass es sich beim Laden stark ausdehnt – was den Akku aufblähen lässt und Schäden verursachen kann. Dieses Problem lösten die Koreaner durch einen neuartigen Elektrolyt, der sich dem oszillierenden Silizium anpasst, sodass der Akku sein Volumen behält. Wann ein solcher Akkutyp serienreif sein könnte, ist nicht bekannt.
Hat Nyobolt den Ultra-Schnelllade-Akku erfunden?
Das britische Start-up Nyobolt stellte schon 2023 einen neuartigen Akku vor, der in nur sechs Minuten Energie für 250 Kilometer Reichweite laden kann. Das Geheimnis des elektrischen Turbo-Laders basiert Nyobolt zufolge auf Anoden aus den Elementen Niob und Wolfram. Der Akku-Prototyp hat eine Kapazität von 35 kWh, das entspricht in etwa dem großen Energiespeicher des Fiat 500 Elektro.
Der Prototyp für den Nyobolt-Akku wurde mittlerweile bei über 2000 Ladezyklen getestet, ohne dass Schäden entdeckt wurden. Im Gegenteil: Der Akku weise keine nennenswerte zyklische Alterung auf. "Das ebnet den Weg für hocheffiziente und leichtgewichtige Elektrofahrzeuge", frohlockt Nyobolt. Es sei möglich gewesen, den Akku in unter fünf Minuten von 10 auf 80 Prozent zu laden. Mitte 2024 teilte das Unternehmen mit, dass die Batterie sich nunmehr im Straßentest befinde.
Wie der Alu-Schwefel-Akku ohne Lithium auskommt
Ganz frisch auf dem Markt von morgen: der Aluminium-Schwefel-Akku. Sein Vorteil liegt ebenfalls in der Wirtschaftlichkeit, denn hier wird Lithium ersetzt durch Elektroden aus Schwefel und Aluminium. Als Separator dient flüssiges Chloraluminat-Salz. Das hat nebenbei den Vorteil, dass die Batterie im Falle einer Überhitzung nicht in Brand geraten kann.
Die Institution, die dem Forschungsprojekt den Rahmen gibt, flößt Vertrauen ein: Am renommierten Massachusetts Institute of Technology (MIT) hat die erste Batterie dieser Art bereits mehrere Hundert Ladezyklen überlebt. Moderne Li-Ionen-Akkus schaffen mehrere Tausend Zyklen. Sensationell dagegen: Der Akku soll sich binnen einer (!) Minute aufladen lassen. Zuletzt hat man allerdings wenig von dieser Neuerung gehört.
Zinkbatterie nutzt Chitin als nachhaltiges Elektrolyt
Zum Bau eines umweltverträglicheren Akkus schlägt eine wissenschaftliche Studie der US-Universität Maryland als Elektrolyt Chitin anstelle von Kunststoffen vor. Chitin steckt in Schalen von Insekten und Krustentieren, steht als nachwachsender Rohstoff aus Fischabfällen in großen Mengen zur Verfügung und ist biologisch abbaubar. Es wird bereits in Medikamenten, Düngemitteln und zum Beispiel auch als essbare Schutzfolie auf Lebensmitteln verwendet.
Der tierische Elektrolyt ist Teil einer Batterie-Skizze der Wissenschaftler, die ein Konzept zeigt, das auf Nachhaltigkeit getrimmt ist. Dazu gehören Elektroden aus Zink. Das Metall hat ähnliche Eigenschaften wie Lithium, ist aber wesentlich verbreiteter und daher billiger.
All diese Entwicklungen für Marathon-Akkus ordnet Chemieprofessor Maximilian Fichtner so ein: "Aus meiner Sicht sind das keine 'Wunder-Akkus', sondern technische Entwicklungen, die hier und da einen technischen Fortschritt versprechen." Immerhin: Akkus mit großer Kapazität können problemlos als Energiespeicher verwendet werden und lösen bei intelligenter Vernetzung zugleich Lade- und Energieprobleme.
Maximilian Fichtner ist Experte für Feststoffchemie am Helmholtz-Institut Ulm.
Bild: Fritz Beck
Für Fichtner gehören die neuen Batterien zu den aufregendsten Neuentwicklungen zurzeit. "Man hat hier die Perspektive, recht leistungsfähige Batterien auf einer nachhaltigen Materialbasis zu bauen. Ich denke, das System wird eine große Zukunft haben, und es kann eine große Entlastung bringen für die angespannte Rohstoffsituation im Lithium-Markt. Vor ein paar Jahren wurde das noch als Spielerei und exotisch abgetan. Mittlerweile sind die Zellen marktreif."
Zugleich warnt Fichtner davor, den klassischen Lithium-Ionen-Akku abzuschreiben: "Es hat hier in den vergangenen Jahren massive Fortschritte auf allen Ebenen der Batterie gegeben", sagte Fichtner der "FAZ". Schon in ein bis zwei Jahren würden E-Auto-Akkus auf dem Markt sein, deren neuartige Zellen in nur zehn Minuten Energie für eine Reichweite bis zu 1900 km laden könnten. Solche Radien wären zwar fraglich, aber das bedeutet eben auch: Für geringere Reichweiten könnten Akkus kleiner und leichter gebaut werden, was wiederum Kosten spart.
BMW baut aktuell neuartige Batteriezellen des chinesischen Hersteller EVE ein, zunächst in der neuen Elektroauto-Generation Neue Klasse. Bei nur 20 Prozent höherem Gewicht gegenüber modernen Zellen von Tesla sollen die EVE-Zellen fast 50 Prozent mehr Energiedichte aufweisen. Das würde die Reichweite dieser neuen Elektroautos um etwa 40 Prozent erhöhen; damit wären sie mit modernen Verbrennern gleichauf.
BMWs "Neue Klasse" wird mit einer 800-Volt-Plattform ausgestattet und bekommt Rundzellenbatterien als Energiespeicher.
Bild: BMW Group
Zum ersten Mal will BMW dabei runde Zellen verwenden anstelle der bisherigen Prisma-Zellen. Sie enthalten weniger Kobalt und stattdessen mehr Nickel sowie Silizium als die bisher verwendeten Zellen. Zugleich spart BMW Bauteile: Die Batteriepacks werden direkt in den Unterboden der Karosserie eingebaut. BMW baut die neuen Zellen nicht selbst. Sie werden von Partnern gefertigt, die dafür sechs Fabriken mit einer jährlichen Kapazität von jeweils bis zu 20 Gigawattstunden (GWh) errichten: je zwei in Europa, in China und in Nordamerika.
Welche Autos aus China bekommen superschnell ladende Akkus?
Die Produktion von Autos mit "Shenxing" Akkus aus Lithium-Eisenphosphat startet zurzeit bei CATL in China, zum Einbau in Autos zweier chinesischer Hersteller, Neta Auto und Avatr. Neta Auto bietet vier Elektromodelle an, darunter eine knapp fünf Meter lange Limousine. Gegründet 2018, verkaufte die Marke 2022 immerhin schon 152.073 Autos – allerdings nur in China und Südostasien (Thailand, Malaysia etc.).
Im elektrischen Dodge Charger Daytona will der Multimarkenkonzern Stellantis neuartige Feststoffbatterien testen.
Bild: Stellantis
Als zweite Marke werden Autos von Avatr den "Shenxing"-Superakku von CATL an Bord haben. Der Hersteller baut ein SUV ("11") und ein zweites Modell, ein viertüriges Coupé mit dem Namen "12". Erstes Elektroauto von Avatr mit dem Shenxing-Akku wird das SUV 07 BEV, es zieht seine Energie aus einer 82 kWh großen Speicherbatterie dieses Typs. Ob und wann Avatr seine Modelle in Deutschland verkauft, ist offen.
Toyota setzt auf Solid-State-Batterien ab 2027
Anders Toyota: Der japanische Hersteller teilte kürzlich Details zum jüngsten technologischen Durchbruch bei den Batterien aus festen Substanzen mit. Eine elektrische Reichweite von 1200 Kilometern bei einer Ladezeit von zehn Minuten (10 bis 80 Prozent) und gleichzeitig geringem Gewicht möglich. Dieser Schritt werde mit den Feststoffakkus erreicht, die gerade in Entwicklung sind, so der Hersteller. Bereits 2027 sollen die Feststoffakkus für die nächste Elektroauto-Generation zur Verfügung stehen.
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