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

Das liegt vor allem daran, dass anstelle einer Flüssigkeit in der Batterie ein solider Stoff als Elektrolyt den Stromfluss zwischen Anode und Kathode leitet. Daher heißen solche Batterien Solid State Battery oder auch All Solid State Battery (ASSB). Bislang wurden solche Akkus erst im Labor oder in Einzeltest auf ihre Funktionsweise geprüft, noch ist kein Großserienauto damit ausgestattet. Doch das Rennen läuft: Mehrere Autohersteller und auch Batterieproduzenten haben die Serienfertigung bereits angekündigt. Hier ein Überblick.

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

Als Herausforderung bei der Entwicklung gelten aktuell noch die nicht ausreichende Zyklenfähigkeit, also das sehr häufige Wiederaufladen ohne Ladeverlust. Auch das Temperaturverhalten und die kostengünstige Produktion sind noch nicht gelöst. Erst in großer Stückzahl hergestellt, dürften sich solche Akkus lohnen.

Im Wettbewerb stehen Auto- und Batteriehersteller aus den USA und Deutschland wie aus Japan und China. Aktuell lassen sich viele Autohersteller die Akkus von Partnern zuliefern. Auch Porsche, dessen E-Auto-Anteil mittlerweile laut Unternehmenszahlen bei 28 Prozent aller Fahrzeuge liegt, bekommt Akkus für den Taycan und den Macan zugeliefert, macht aber nicht publik, von welchem.

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 kürzlich 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.

Mercedes veröffentlicht bereits erste Details des neuen Akkus: Er soll in Größe und Gewicht dem des Serien-EQS entsprechen. Leistungswerte teilt auch 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.

Der kroatische Hersteller Rimac hat auf der IAA von seiner eigenen Feststoff-Batterie berichtet. "Wir sind bereits in der Testphase von einzelnen Zellen", sagt eine Firmensprecherin auf AUTO BILD-Anfrage. Auf Systemebene, also im Batterieformat, werde die Erprobung im letzten Quartal 2025 beginnen. 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, mit dem Batteriehersteller ProLogium zusammen. Die taiwanesische Marke tritt seit geraumer Zeit mit innovativen Entwicklungen in Erscheinung. An ProLogium ist unter anderem Mercedes beteiligt. Ende 2024 ließ das Unternehmen einen Feststoffakku zertifizieren, dessen Elektrolyt aus leitfähiger Keramik besteht. Auf Nachfrage bestätigt Rimac, dass die im Test befindlichen Akkuzellen ebenfalls dieses Material enthalten. Man halte sich indes "auch Optionen für andere Zellarchitekturen offen".

Ein weiterer Kooperationspartner ist die Mitsubishi Chemical Group. Sie stellt neuartige Materialien für die Hülle der Batteriezellen zur Verfügung. So soll eine Batterieplattform geschaffen werden, 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 Feststoff-Akku von Rimac auf den Markt kommt, hat das Unternehmen bisher nicht verraten.

Auf der IAA präsentierte der VW-Konzern ein Fahrzeug mit Feststoff-Akku. Es handelt sich um ein Ducati-Motorrad vom vollelektrischen Typ V21L mit einer Festkörper-Batterie von QuantumScape. Das US-Unternehmen, an dem Volkswagen die größte Beteiligung hat, war bereits im Vorjahr mit VW einen Vertrag über die potenzielle Lieferung von Feststoff-Batteriezellen 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 letzte Mitteilung eines Entwicklungsschritts von QuantumScape stammt aber schon von Juli 2024. Damals vereinbarten VW und QuantumScape eine Zusammenarbeit zum Bau von Batterien mit bis zu 80 GWh Kapazität. Das ist somit rund ein Jahr her, eine sehr lange Zeit im Entwicklungszyklus von Batterien. Aber eine Ankündigung für die Serienfertigung gibt es schon: 2030 sollen die ersten Fahrzeuge aus dem Volkswagen-Konzern mit Feststoffakkus zu den Kunden rollen.

BMW ist bereits mit Fahrtests eines Feststoffakku-Prototypen beschäftigt. 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.

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 Elektrololyt. Im Mittelpunkt der Test 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 eine 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.

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 ist für die neue Stellantis-Plattform STLA (Large Multi-Energy-Plattform) geeignet, 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. Schon 2023 wurden die ersten Meldungen für ein Feststoffakku-Auto des weltgrößten Autoherstellers laut. Die Leistungsdaten: zehn Minuten Laden für 1000 km. Schon 2021 stellten die Japaner den Prototyp eines Feststoffakkus vor, investiert massiv in die Batteriefertigung. Das Zieldatum der Feststoffbatterie: Laut Batteriefahrplan 2027 und 2028. Toyota spät in das Geschäft der batterieelektrischen Autos eingestiegen, aber ist mit Sicherheit ein ernstzunehmender Wettbewerber.

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 unter dem Namen Cyberster auf den Markt kommen könnte.

Im Rennen um den ersten Feststoffakku in Serie könnte aber der chinesische Batteriegigant CATL die Nase vorn haben. Zwar hielt sich der weltgrößte Batteriehersteller aus China, der auch in Thüringen ein Batteriewerk unterhält, vor seinem kürzlichen Börsengang eher bedeckt zu Fortschritten bezüglich fester Batterien. Ende 2024 berichteten chinesische Staatsmedien aber über Testzellen für eine 20 Ah bemessene Feststoffbatterie. Das wären, umgerechnet auf die übliche Betriebsspannung beispielsweise beim BMW i3, rund 7 kWh.

Ein Team von 1000 Mitarbeitenden soll den unbestätigten Berichten zufolge daran arbeiten. CATL rechnet für 2027 mit der Fertigung von Feststoffakkus in Kleinserie. Und könnte einem Insider zufolge als Erster damit herauskommen.