Festkörperbatterien haben das Potenzial, Elektrofahrzeuge viel erschwinglicher und praktischer zu machen, aber ihre kommerzielle Entwicklung ist von zahlreichen Beispielen falscher Versprechungen geprägt, die Teslas vollautonomes Fahren erröten lassen würden. Das macht es schwierig, über sie zu berichten, aber wir sehen einige vielversprechende Nachrichten von Imec, einem etablierten F&E-Riesen mit Sitz in Belgien.
Im Rahmen seines SOLiDIFY-Projekts hat das von der EU geförderte Unternehmen zusammen mit 13 Partnern einen Prototyp einer Festkörperbatterie mit einer Energiedichte von 1070 Wh/l hergestellt, was fast 25 Prozent über der Energiedichte der besten Lithium-Ionen-Zellen (800 Wh/l) liegt. Darüber hinaus wird ein Herstellungsverfahren verwendet, das bei Raumtemperatur funktioniert, an die aktuellen Lithium-Ionen-Batterie-Produktlinien angepasst werden kann und voraussichtlich weniger als 150 Euro (etwa 167 US-Dollar) pro kWh kosten wird, verglichen mit etwa 140 US-Dollar/kWh für die aktuellen Batterien. „Dieses Verfahren ist vielversprechend für einen erschwinglichen industriellen Transfer“, schreibt Imec in einer Pressemitteilung.
Der Durchbruch gelang durch eine so genannte Flüssig-Fest-Verfestigung. Das bedeutet, dass der Festelektrolyt des Prototyps eine „dotierte polymerisierte ionische Flüssigkeit“ in einer dünnen Schicht von 50 Mikrometern verwendet. Der Elektrolyt wird auf der einen Seite von einer Hochleistungsverbundkathode und auf der anderen Seite von einer dünnen Lithium-Metall-Anode flankiert, was zu einem kompakten Batteriezellenstapel führt.
Dem Konsortium ist es gelungen, die Ladezeit der Zelle auf drei Stunden und die Lebensdauer auf 100 Zyklen zu erhöhen und gleichzeitig die Herausforderungen hinsichtlich der mechanischen Festigkeit und der Kathodenimprägnierung zu meistern. Durch den Einsatz von nanometerdünnen Schutzschichten konnte auch der Einsatz von Kobalt reduziert werden.
Die Ladezeiten und die Anzahl der Ladezyklen müssen noch verbessert werden (moderne Lithium-Ionen-Autobatterien können 2000 Mal aufgeladen werden, einige sogar in deutlich weniger als einer Stunde). Außerdem muss die Technologie noch weiter verbessert werden, um industriell eingesetzt werden zu können. Doch die Mühe lohnt sich, denn Festkörperbatterien könnten letztlich eine höhere Energiedichte, kürzere Ladezeiten und mehr Sicherheit bieten – und das alles zu einem niedrigeren Preis.
