Entwicklung von Festkörperakkus für E-Autos: Wer ist vorne?

Elektroautos ziehen ihre Energie aktuell aus Lithium-Ionen-Akkus mit einem flüssigen Elektrolyt als Trennschicht. Dieser Stand der Technik kommt in nahezu allen Elektroautos zum Einsatz. Doch die Entwicklungsschritte werden immer kleiner, es gibt physikalische Grenzen auf der Suche nach dem Wunderakku für Elektroautos. Als Gamechanger oder auch das nächste große Ding gelten Feststoffakkus – denn sie sind kompakter, sicherer und kälteresistenter und bieten den Vorteil, auf kleinerem Raum mehr Energie zu speichern.

Das liegt vor allem daran, dass anstelle einer Flüssigkeit in der Batterie feste statt flüssiger Substanzen als Elektrolyt den Stromfluss zwischen Anode und Kathode leiten. Daher heißen solche Batterien Solid State Battery (SSB) oder All Solid State Battery (ASSB). Bislang wurden solche Akkus erst im Labor oder in Einzeltests auf ihre Funktionsweise geprüft, noch ist kein Großserienauto damit ausgestattet. Doch das Rennen läuft: Mehrere Autohersteller und auch Batterieproduzenten haben die Serienfertigung bereits angekündigt, neben CATL geht nun auch Geely voran. Hier ein Überblick.

Die größten Vorteile von Feststoffakkus liegen im größeren Energiegehalt und höherer Sicherheit. Während Forscher bei Li-Ion-Akkus eine physikalische Grenze bei 350 Wh pro kg Batteriemasse sehen, prognostizieren sie bei Feststoffakkus eine Batteriedichte von mindestens 500 Wh/Kilogramm Batteriegewicht – das wäre ein Plus von über 40 Prozent. Hinzu kommt höhere Sicherheit, da feste Stoffe chemisch stabiler sind und gleichzeitig deutlich schlechter brennen als flüssige.

Es gibt Feststoffakkus bereits in vielen Anwendungen, zum Beispiel für Kleinstgeräte und als stationäre Energiespeicher. Doch die Belastungen in Elektroautos sind weitaus höher: Kälte bzw. Hitze, hoher Leistungsabruf und eine hohe Zahl von Ladezyklen. Überdies sind die Stückzahlen bisher noch unwirtschaftlich hoch.

Kürzlich hat der chinesische Autokonzern Geely, Eigentümer von Volvo, Polestar, Lotus sowie Lynk & Co, ein aufsehenerregendes Pilotprojekt angekündigt. Demnach soll 2027 ein Feststoffakku marktbereit sein, der auf eine Energiedichte von 500 Wattstunden pro Kilogramm kommt. Das würde der Effizienz anderer Produkte entsprechen, die bereits in der Testphase sind.

Auch der Geely-Festkörperakku sei bereits getestet worden. Er soll, so berichtet "Car News China", ab 2027 versuchsweise in einem Alltagstest bei sämtlichen Marken des Konzerns Verwendung finden. Wann die Konstruktion letztendlich auf den Markt kommt, ist noch offen.

Wie groß und schwer die jeweiligen Akkus sein werden, davon hängt viel ab. Doch das ist ebenfalls nicht bekannt. Geely kündigt indes an, dass mit einem dieser Produkte eine Reichweite von 1000 km erzielt werden könne. Legt man den durchschnittlichen Verbrauch eines mittleren SUV von rund 20 kWh auf 100 km zugrunde, würde ein Akku mit der erwähnten Energiedichte – grob geschätzt – ungefähr 400 Kilogramm wiegen.

Zum Vergleich: Der 90-kWh-Akku vom Mercedes EQE wiegt mehr als 550 Kilogramm und ermöglicht lediglich eine WLTP-Reichweite von – je nach Modell – bis zu 693 km.

CATL will ebenfalls im kommenden Jahr in die Serienfertigung von Feststoffbatterien einsteigen und eine Kleinserie fertigen. Damit, so kündigt der größte Hersteller von Elektroauto-Akkus an, die Festkörper-Batterie vom Prototyp-Stadium im Labor zum marktfähigen Produkt übergehen.

Gleichwohl sei man noch Jahre vom Endprodukt in Großserien-Elektroautos entfernt, zitiert "Car News China" den Vorstandvorsitzenden Robin Zeng – demzufolge sei selbst CATL bei der Entwicklung nicht einmal zur Hälfte fertig. Das Ziel werde nicht vor 2030 erreicht. Obwohl bereits eine Stückzahl von einer Million Akkus genannt wurde, schränkte Zeng ein, dass sich die Fertigungskosten vorläufig nur für Modelle rentieren, die in China mindestens 37.000 US-Dollar kosten. Der weltgrößte Hersteller von E-Auto-Akkus kündigt regelmäßig Neuentwicklungen auf dem Batteriesektor an.

In China sind auch BYD, Dongfeng, Shangan und Pure Lithium mit der Entwicklung eigener Feststoffbatterien beschäftigt. BYD soll mit CATL nahezu gleichauf liegen.

BMW ist bereits mit Fahrtests eines Feststoffakku-Prototypen beschäftigt, der ab 2027 in Serie gehen soll. In Zusammenarbeit mit dem US-Batteriehersteller Solid Power hat der bayerische Hersteller eine Festkörperbatterie in einem BMW i7 installiert. Dabei wird eine großformatige Konzeptbatterie nach dem Gen5-Bauprinzip verwendet: prismatische Zellen, die modular angeordnet sind. Dieses Bauprinzip wird schon seit 2020 im BMW iX3 genutzt. Kürzlich kam Samsungs Batterie-Uni SDI als weiterer Partner hinzu.

Zum Einsatz im Testfahrzeug kommen ASSB-Zellen des US-Batterieherstellers Solid Power, in den BMW seit 2021 investiert und mit dem der Autobauer 2022 eine Partnerschaft zum Batteriebau eingegangen ist. Verbaut werden Batterien mit sulfidbasiertem Elektrolyt. Im Mittelpunkt der Tests steht laut Unternehmensmitteilung die Zellausdehnung wie auch das Verhalten des Akkus bei unterschiedlichen Temperaturen. Im Gegensatz zu flüssigen Elektrolyten, die sich bei Erwärmung ausdehnen können, stellen solide Stoffe eine Herausforderung dar.

Als Ziel soll ein Gesamtbatteriepaket aus festen Stoffen entstehen, das dank einer größeren Energiedichte eine bei gleicher Ausdehnung größere Reichweite ermöglicht. Ein weiteres Ziel ist auch die Fertigung im Konzernrahmen, das Prinzip heißt bei BMW "Local for Local". Was technische Details wie Kapazität oder Ladeleistung angeht, bleibt BMW jedoch einsilbig.

Samsung entwickelt parallel dazu eigene Festkörperzellen. Die Massenproduktion soll schon 2027 beginnen.

Mercedes hatte bereits Anfang 2025 einen EQS als Prototyp mit Feststoffakku vorgestellt und befindet sich seitdem in der Testphase. Auf der IAA wurde nun ein neuer Reichweiten-Rekord verkündet: Das Experimental-Fahrzeug hat 1205 Kilometer zurückgelegt, ohne dass die Festkörper-Batterie leer war. Tatsächlich blieb noch eine Restreichweite von 137 km. Mercedes habe damit "bewiesen, dass diese Technologie nicht nur im Labor, sondern auch unter realen Bedingungen überzeugt", teilt der Hersteller mit.

Es handelte sich um die Überführungsfahrt von Stuttgart nach Malmö, auf Autobahnen und ohne Fähr-Überfahrt – entsprechend ist davon auszugehen, dass die Tour nicht im Labor mit wachsweichem Gasfuß, sondern unter Praxisbedingungen stattfand.

Der Mercedes-Vorstand hat zuletzt angekündigt, dass der Akku noch vor 2030 auf den Markt kommen soll. Das Auto erreicht im Test dank der neuen Technologie eine um 25 Prozent höhere Reichweite als ein konventioneller EQS mit Lithium-Ionen-Akku. Die Reichweite liegt laut den Testern bei über 1000 Kilometern pro Ladung. Im Boden des Fahrzeugs sind Zellen vom US-Hersteller Factorial Energy eingebaut, an deren Entwicklung die Formel-1-Experten von AMG beteiligt waren.

Laut Mercedes soll der neue Akku in Größe und Gewicht dem des Serien-EQS entsprechen. Leistungswerte teilte Mercedes nicht mit. Aber die Stuttgarter haben noch ein weiteres Eisen im Feuer: Mercedes arbeitet auch mit dem taiwanischen Akkuhersteller ProLogium zusammen, aus dieser Kooperation ist schon 2024 das Vorserienmodell eines Feststoffakkus entstanden.

Ende 2024 trat der chinesische Autohersteller SAIC (auf dem deutschen Markt vertreten mit MG) mit der vollmundigen Ankündigung hervor, schon 2025 ein Auto mit Feststoffakku herauszubringen. Die Zeit läuft. Das dafür vorgesehene Modell wäre der zweisitzige Roadster Cyber GTS, der in Europa mittlerweile als Cyberster auf dem Markt ist – aktuell mit Lithium-Ionen-Akku.

Der kroatische Hersteller Rimac hat zuletzt auf der IAA von seiner eigenen Feststoffbatterie berichtet. "Wir sind bereits in der Testphase von einzelnen Zellen", sagt eine Firmensprecherin auf AUTO BILD-Anfrage. Auf Systemebene, also im Batterieformat, sollte die Erprobung schon 2025 begonnen haben. Rimac erwartet, dass die neue Technologie Ende 2027 als "Next Generation" zur Verfügung stehen werde.

Hier arbeitet das Unternehmen, das seit 2009 elektrische Supersportwagen baut, wie auch Mercedes, mit dem Batteriehersteller ProLogium zusammen. Die taiwanesische Marke tritt seit geraumer Zeit mit innovativen Entwicklungen in Erscheinung. Ende 2024 ließ das Unternehmen einen Feststoffakku zertifizieren, dessen Elektrolyt aus leitfähiger Keramik besteht.

Ein weiterer Kooperationspartner ist die Mitsubishi Chemical Group. Sie stellt neuartige Materialien für die Hülle der Batteriezellen zur Verfügung – für eine Batterieplattform, die leichter, sicherer und energiedichter ist als bisherige Konstruktionen. "Diese Technologien werden die Position von Rimac Technology als führender Tier-1-Zulieferer, der die Elektrifizierung der Automobilindustrie vorantreibt, weiter stärken", teilt das Unternehmen mit. Wann der Feststoffakku von Rimac auf den Markt kommt, hat das Unternehmen bisher nicht verraten.

In einer Testflotte von Dodge Charger Daytona will der Vielmarken-Autokonzern Stellantis-Konzern (Opel, Fiat, Peugeot, Citroën, Alfa Romeo und weitere) ab 2026 feste Akkus nutzen. Die Energiespeicher entstehen ebenfalls in Zusammenarbeit mit dem Akkuhersteller Factorial Energy, an dem Stellantis wie auch Mercedes beteiligt ist. Erste Leistungsdaten sind bekannt: Die Akkus sollen auf 390 Wh/Kilogramm kommen und tragen den Eigennamen FEST (Factorial Electrolyte System Technology).

Der Akku kommt für die neue Stellantis-Plattform STLA (Large Multi-Energy-Plattform) infrage, die sich für eine Vielzahl von Antrieben eignet – nicht nur für E-Autos. Auf dieser Plattform sollen SUV wie auch Performance-Fahrzeuge gebaut werden – wie die Dodge-Demonstrationsflotte. Als Zielmarken für die STLA benennt Stellantis Alfa Romeo, Chrysler, Dodge, Jeep und Maserati. Wann mit einer Serienfertigung zu rechnen ist, davon ist zurzeit nichts bekannt.

Ob Hybride (Prius) oder Autos mit Brennstoffzelle (Mirai): Toyota gilt bei Antrieben und Technologie als Vorreiter (und holt auf bei vollelektrischen Autos). Schon 2023 wurden die ersten Meldungen für ein Feststoffakku-Auto des weltgrößten Autoherstellers laut. Die Leistungsdaten: zehn Minuten Laden für 1000 km. Dann stellten die Japaner 2021 den Prototyp eines Feststoffakkus vor, investiert massiv in die Batteriefertigung. Seitdem war aber wenig zu hören. Das Zieldatum der Feststoffbatterie rückt mittlerweile heran: 2027 und 2028. Toyota ist spät in das Geschäft der batterieelektrischen Autos eingestiegen, aber ist mit Sicherheit ein ernstzunehmender Wettbewerber.

Auf der IAA präsentierte der VW-Konzern ein Motorrad mit Feststoffakku: eine Ducati vom vollelektrischen Typ V21L mit einer Festkörper-Batterie von QuantumScape. Der Separator mit dem Elektrolyt ist keramisch. Das US-Unternehmen, an dem Volkswagen die größte Beteiligung hat, war bereits im Vorjahr mit VW einen Vertrag über die potenzielle Lieferung von Feststoffbatteriezellen in riesigen Stückzahlen eingegangen.

Schon 2024 unterzog VW die ersten Feststoffbatterien einem Härtetest. Ergebnis: Die in Zusammenarbeit mit dem Batteriepartner QuantumScape entstandenen Test-Akkus ließen sich 1000 Mal aufladen – unter dem Verlust von nur fünf Prozent an Kapazität. Das ist für Feststoffakkus ein vielversprechender Start und lässt hochgerechnet auf ein Autoleben eine theoretische Lebensdauer von 500.000 km erwarten.

Die Kooperation und Entwicklung schreitet fort. Anfang 2026 wurde eine vollautomatisierte Fertigungsstraße in Betrieb genommen, auf der Zellen des Typs QSE-5 entstehen. Als Nächstes stehen intensive Straßentests der zu Batterien gruppierten QSE-5-Zellen an, bevor die Auslieferung bereits im Laufe des Jahres beginnen kann.