Batterie-Pläne: Toyota kündigt Feststoffakku für 1200 km an
Der neue Feststoff-Akku von Toyota lässt sich in zehn Minuten laden
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Hoffen auf den Feststoffakku: Toyota kündigt eine Batterie an, die in zehn Minuten Strom für 1200 km Reichweite laden kann. Das sind die Pläne der großen Autohersteller zur Entwicklung von Feststoff-Batterien!
Bild: Mercedes-Benz AG
Inhaltsverzeichnis
- Feststoffakkus als nächster Schritt der Batterieentwicklung
- Was die Vorteile einer Feststoffbatterie wären
- Was feste Elektrolyte von flüssigen unterscheidet
- Mercedes an zwei Firmen für Feststoffakkus beteiligt
- Auch Stellantis an Factorial Energy beteiligt
- VW und Quantumscape setzen auf Feststoff-Akku Serienfertigung ab 2026
- BMW und Ford investieren in Solid Power
- Samsung-Feststoffzelle mit besonderem Aufbau
Feststoffakkus gelten als nächster großer Schritt in der Entwicklung neuer Batterien für Elektroautos. Toyota hat jetzt einen technologischen Durchbruch bei den Batterien aus festen Substanzen verkündet: Eine elektrische Reichweite von 1200 Kilometern bei einer Ladezeit von zehn Minuten und gleichzeitig geringem Gewicht seien mit den Feststoffakkus möglich, die gerade entwickelt würden. Das teilte die Forschungsabteilung von Toyota mit.
Die Innovation läge darin, dass die Produktion der benötigten Feststoffe deutlich vereinfacht wurden. Weitere Details behält der Konzern unter Verschluss. Mit den vorgelegten Daten ließen sich Preis, Gewicht und Ausmaße im Verhältnis zu früheren Kalkulationen halbieren. Der Hersteller plant, die leistungsfähigen Feststoffakkus ab 2027 auf den Markt zu bringen. Toyota hat schon 2021 den Prototyp eines Feststoffakkus vorgestellt und investiert seitdem massiv in die eigene Batteriefertigung.
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Die Vorteile der Feststoffbatterien im Vergleich zu Akkus mit flüssigen Leitersubstanzen klingen paradiesisch: kompakter wie leichterer Bau, höhere Energiedichte, weniger Komplexität, günstigere Herstellung, hohe Ladeleistung – und möglicherweise eine fast doppelt so hohe Reichweite, wie sie die heutigen konventionellen Lithium-Ionen-Batteriezellen bieten.
Der wichtigste Unterschied: Feststoffakkus kommen ohne flüssige Elektrolyte aus. Stattdessen verwenden sie Feststoffe als Leitmedium, um die Ionen beim Laden und Entladen der Batterie zwischen den beiden Elektroden hin- und herzubewegen. Bis zur Serienreife dürften noch einige Jahre ins Land gehen. Dennoch setzen viele namhafte Autohersteller auf spezialisierte Partner, die die Forschung und Entwicklung von Feststoffakkus vorantreiben.
Weil Ionen in Feststoffen nicht frei umher schwimmen können, muss das verwendete Material als Elektrolyt extrem leitfähig sein. Jetzt gelang es einem japanischen Forscherteam, die Substanz Li3PS4 in einen Dauerzustand hoher Leitfähigkeit zu versetzen. Das Material auf Lithium-Basis ist schon länger als Elektrolyt für Feststoffakkus im Gespräch. Damit sei man der Serienreife von Feststoffakkus einen Schritt näher gerückt, teilte die Osaka Metropolitan University mit.
Durch schnelles Erhitzen hatten die Forscher erreicht, dass Li3PS4 in den kristallinen Zustand geriet. Das erbrachte hohe Leitfähigkeit schon bei Zimmertemperatur – das war bisher nur im Hochtemperaturbereich möglich. Wann kristallines Li3PS4 erstmals in einem Feststoffakku-Prototyp genutzt wird, sagten die Forscher allerdings nicht.
Auch Mercedes arbeitet am Feststoffakku. Durch die Technologiepartnerschaft mit Factorial Energy arbeitet der Premiumhersteller an einer vollelektrischen Zukunft, hat sich an dem amerikanischen Feststoffspezialisten mit einer hohen zweistelligen Millionen-Dollar-Summe beteiligt, hieß es in einer Mitteilung. Ziel sei "die gemeinsame Entwicklung von fortschrittlichen Batterietechnologien, angefangen bei der Zelle über Module bis hin zur Integration in die Fahrzeugbatterie". Ende Januar 2022 kam noch eine Beteiligung an der Akkufirma Prologium aus Taiwan in ähnlicher Höhe hinzu.
Der Fahrplan zur Serienreife ist allerdings sehr großzügig gefasst: 2023 sollen erste Zell-Prototypen erprobt werden, spätestens in fünf Jahren soll der erste Einsatz in einer "begrenzten Anzahl an Fahrzeugen" erfolgen. Insgesamt wird Mercedes nach eigenen Angaben "bis zum Ende des Jahrzehnts bereit sein, vollelektrisch zu werden – überall dort, wo es die Marktbedingungen zulassen". Eine Formulierung, die noch viele Hintertürchen offen lässt (zum Fahrplan aller Hersteller in die Elektromobilität).
An der Partnergesellschaft Factorial Energy sind auch Hyundai/Kia und Stellantis (u. a. Opel, Peugeot, Citroën) monetär wie kooperativ beteiligt, steigt mit 176 Mio. Euro ein, um die kommerzielle Produktion und den Einsatz der Feststoffbatterietechnologie beschleunigen. Stellantis hofft, bis 2026 die erste wettbewerbsfähige Batterie auf den Markt zu bringen.
Auch für Volkswagen gilt die Feststoffzelle als aussichtsreichster Ansatz für die Elektromobilität der übernächsten Generation. Der Konzern hat in zwei Schritten stolze 300 Millionen Dollar (266 Mio. Euro) ins amerikanische Start-up Quantumscape investiert, das zu den Pionieren im Bereich der Feststoffbatterien zählt.
Quantumscape kündigte an, zwei Pilotfertigungen für insgesamt rund 200.000 Batteriezellen pro Jahr aufzubauen, um 2025 oder 2026 die Serienfertigung von Lithium-Metall-Feststoffakkus in großem Maßstab starten zu können.
Die Hoffnungen von BMW und Ford in Sachen Feststoffakku ruhen auf der Firma Solid Power. Beide Autobauer sind maßgeblich an einer Investition von 115,6 Millionen Euro mit dem amerikanischen Branchenexperten beteiligt. BMW ist außerdem federführendes Mitglied des Projekts Alano (Alternative Anodenkonzepte für sichere Feststoffbatterien).
Darin befassen sich Partner aus Industrie und Forschung, gefördert vom Bundesforschungsministerium, mit Lithiumbatterien der nächsten Generation, mit Lithiummetall als Anodenmaterial und festem Elektrolyt.
Bereits im Frühjahr 2020 stellte Samsung den Prototyp einer neuartigen Feststoffzelle vor, die ohne Lithium-Anode auskommt. Das Besondere ist ihr Aufbau: Anstelle einer konventionellen Lithium-Anode verwenden die Koreaner eine Anode mit einer Silber-Carbon-Kompositschicht.
Die Akku-Pakete von Elektroautos könnten in Zukunft deutlich schrumpfen. Das Bild zeigt die Batterie des VW ID.3.
Bild: Werk
Größter Vorteil: Neben einer höheren Batteriekapazität beugt das neue Material der sogenannten "Dendritenbildung" vor. Das sind Ablagerungen, die nach und nach zu nadelförmigen Gebilden heranwachsen können, die den Akku im schlimmsten Fall nachhaltig beschädigen.
Ziel: 800 km Reichweite
Mit dem neuen Feststoff-Akku sollen Fahrzeuge mit einer Reichweite von bis zu 800 Kilometern realisiert werden. Die Batterie soll bis zu 1000 Ladezyklen überstehen, bevor sie getauscht werden muss. Zusammengerechnet würde sich eine Gesamtlebensdauer von bis zu 800.000 Kilometern ergeben – eine Fahrleistung, die selbst konventionell betriebene Fahrzeuge sehr selten erreichen.
Auch Audi experimentierte mit einem Feststoffakku, etwa in der Studie "e-tron PB18" aus dem Jahr 2018.
Bild: Werk
Bis Samsung den Prototyp zur Marktreife bringt, wird es aber noch dauern. Vorher müssen alle Komponenten aufeinander abgestimmt und anschließend die passenden Produktionsprozesse geschaffen werden.
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