Feststoffbatterien: Welche Unternehmen stehen am Start?

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Die Festkörperbatterie verspricht deutlich mehr Reichweite für Elektroautos, viel kürzere Ladezeiten und mehr Sicherheit. Immer mehr Unternehmen arbeiten daran, die neue Batterie serienreif zu machen. Welche Unternehmen sind am Start und welche haben schon wieder aufgegeben? Ein Überblick.

QuantumScape: Pilotproduktion steht kurz bevor

Das US-Start-up Quantumscape arbeitet an Lithium-Metall-Festkörperbatterien. Nach eigenen Angaben ist es Quantumscape gelungen, die Batterie so zu optimieren, dass sie alle Anforderungen der Autoindustrie erfüllt: Sie hat eine hohe Energiedichte, ist schnelladefähig, sicher, hat eine lange Lebensdauer und eine realistische Betriebstemperatur. Die größte Herausforderung bei Festkörperbatterien ist, dass sie nicht ausreichend Ladezyklen überstehen. Dieses Problem löst Quantumscape nach eigener Aussage über einen keramischen Separator.

Der wichtigste Partner von Quantumscape ist Volkswagen. Der Autohersteller baut seine Elektro-Strategie wesentlich auf Festkörperakkus auf und hat bisher 300 Millionen US-Dollar in Quantumscape gesteckt. VW hat außerdem bereits die ersten Batteriezellen des Start-ups erfolgreich in seinen eigenen Laboren getestet. Die vereinbarten technischen Meilensteine seien dabei erreicht worden, teilte VW im April mit.

Quantumscape errichtet derzeit die erste Pilotanlage QS-0 für Festkörperzellen an seinem Hauptsitz im kalifornischen San José. Danach will das Unternehmen mit VW eine weitere, größere Pilotanlage aufbauen, die QS-1 heißen soll. Dafür ist unter anderem der VW-Standort Salzgitter im Gespräch. QS-1 soll eine Fertigungskapazität von einer Gigawattstunde haben.

Solid Power: Wandlungsfähige Festkörper-Architektur

Solid Power, ein Batteriehersteller aus Colorado, entwickelt eine Festkörper-Architektur für verschiedene Zellchemien und wird finanziell von BMW und Ford unterstützt. Die Plattform von Solid Power ermöglicht verschiedene Batteriedesigns. Dabei sollen die Kosten für das aktive Kathodenmaterial um bis zu 90 Prozent sinken. Grundlage ist ein fester Elektrolyt auf Sulfid-Basis, der mit verschiedenen Anoden kombinierbar ist. Möglich sind Lithium-Metall-Anoden oder Anoden mit hohem Siliziumgehalt. Dabei kommen branchenübliche und kommerziell ausgereifte Kathoden zu Einsatz, einschließlich Lithium-Nickel-Mangan-Kobaltoxid (NMC).

Laut Solid Power können außerdem kostengünstige Konversionskathoden mit hoher spezifischer Energie verwendet werden, die nicht für Zellchemien mit flüssigem Elektrolyten geeignet sind. In Verbindung mit einer Lithium-Metall-Anode käme die Kathode dann ohne Kobalt und Nickel aus, was die hohe Kostenersparnis von 90 Prozent erklärt.

Solid Power will seinen Partnern BMW und Ford Anfang 2022 Festkörperbatterien mit 100 Amperestunden für erste Validierungstests zur Verfügung stellen. Ein großer Vorteil der Technologie ist, dass die Batterien in bestehenden Produktionsanlagen gefertigt werden können.

Toyota: Prototyp in diesem Jahr?

Toyota dagegen geht einen anderen Weg als die Konkurrenz und arbeitet an einer eigenen Feststoffbatterie. Die Japaner wollen die ersten sein, die eine serienreife Batterie präsentieren. Angekündigt ist ein Festkörperakku für 500 Kilometer Reichweite, der in zehn Minuten aufladbar ist. Ein Prototyp ist für dieses Jahr angekündigt, er sollte eigentlich pünktlich zu den Olympischen Spielen fertig sein. Bisher gibt es keine neuen Ankündigungen, so dass abzuwarten bleibt, ob Toyota den Prototyp tatsächlich in diesem Jahr zeigt.

Blue Solutions: Pionier bei Festkörperbatterien für Elektrobusse

Kaum bekannt ist das einzige Unternehmen, das tatsächlich bereits Festkörperbatterien herstellt und verkauft, nämlich die Bolloré-Tochter Blue Solutions. Sie liefert Feststoffakkus für den Elektrobus Mercedes eCitaro und den eigenen „BlueBus“. Die Akkus basieren auf einem festen Elektrolyten und einer Lithium-Metall-Anode. Die Kathode ähnelt stark den Standardkathoden in Lithium-Ionen-Batterien, besteht jedoch aus Eisenphosphat statt aus Nickel-Mangan-Kobaltoxid (NMC).

Blue Solutions hat mehr als 20 Jahre an seinen Festkörperbatterien geforscht und die Technologie schon vor Jahren kommerzialisiert. Der einzige Haken an den Batterien: Sie funktionieren nur bei 50 bis 80 Grad Celsius. Für den Einsatz im Elektroauto sind sie deshalb nicht geeignet, weil sie vor jeder Anwendung erst aufgeheizt werden müssen. Für Elektrobusse in der Stadt oder andere Fahrzeuge im Dauereinsatz eignen sie sich dagegen bestens. Die Festkörperakkus von Blue Solutions haben eine Energiedichte von 250 Wh/kg und überstehen 4.000 Ladezyklen ohne Kapazitätsverlust.

Factorial Energy: Erste Festkörperzelle, die bei Raumtemperatur arbeitet

Der US-Hersteller Factorial Energy meldete kürzlich, es sei ihm gelungen, eine 40-Ah-Festkörperzelle herzustellen, die bei Raumtemperatur funktioniert. Demnach wurde bei 25 Grad Celsius eine Kapazitätserhaltungsrate von 97,3 Prozent nach 675 Zyklen erzielt. Die Zellen sollen derzeit eine gravimetrische Energiedichte von 350 Wh/kg und eine volumetrische Energiedichte von 770 Wh/l erreichen.

Für Factorial Energy spricht, dass Joe Taylor, ein ehemaliger CEO von Panasonic North America, dort in einer Führungsposition ist. Außerdem sitzt Ex-Daimler-Chef Dieter Zetsche im Beraterstab. „Wir arbeiten eng mit unseren weltweit führenden strategischen Partnerschaften zusammen, um die Technologie auf den Markt für Elektrofahrzeuge zu bringen“, teilte Factorial Energy mit.

ProLogium und VinFast: Elektroautos mit Festkörperakku ab 2023

Der taiwanesische Batteriezellhersteller ProLogium dagegen ist nach eigener Aussage schon am Ziel. Er gibt an, die weltweit erste und einzige serienreife Festkörperbatterie entwickelt zu haben. Sie sollen ab 2023 in den Elektroautos des vietnamesischen Herstellers VinFast verbaut werden. Es bleibt abzuwarten, ob die Pläne wie angekündigt umgesetzt werden.

SolidEnergy Systems (SES): Vorerst doch keine Feststoffbatterie

SolidEnergy Systems, kurz SES, ist ein Batterie-Start-up mit Sitz in Singapur. Ursprünglich wollte SES eine Lithium-Metall-Feststoffbatterie entwickeln, hat seine Strategie jetzt aber geändert. Die SES-Batterie ist eine Lithium-Metall-Batterie, die laut dem Start-up viel praktikabler und leistungsfähiger ist als heutige Festkörper-Alternativen. Sie verspricht eine Energiedichte von 400 Wh/kg und 15 Minuten Ladezeit. Zu den Partnern von SES gehören Hyundai und General Motors.

CATL und Fisker: „Festkörperbatterien brauchen noch Jahre“

Auch aus Sicht des chinesischen Batteriehersteller CATL wird es so bald keine serienreifen Festkörperakkus geben. CATL arbeitet seit Jahren an der Technologie und kann nach eigener Aussage Proben von Festkörperbatterien herstellen. Für eine Massenproduktion gäbe es jedoch noch ungelöste Herausforderungen. CATL sagte, eine echte Festkörperbatterie zu fertigen und zur Kommerzialisierung zu bringen, sei grundsätzlich sehr schwierig. Festkörperbatterien seien noch Jahre von der Serienreife entfernt.

Zum gleichen Schluss kam auch der Autohersteller Fisker Inc., der einen Sportwagen mit Festkörperakku plante. Inzwischen hat Fisker diese Pläne nach mehreren Jahren eigener Entwicklungsarbeit fallengelassen und geht davon aus, dass dieser Batterietyp frühestens zur Mitte des Jahrzehnts auf den Markt kommt. ​Fisker-Chef Henrik Fisker sagte: „Es ist die Art von Technologie, bei der man das Gefühl hat, zu 90 Prozent am Ziel zu sein. Bis man merkt, dass die letzten 10 Prozent viel schwieriger sind als die ersten 90.“

Fazit

Obwohl sich viele Unternehmen an Festkörper-Technologien versuchen, ist Blue Solutions der einzige Hersteller, der bereits eine Festkörperbatterie auf dem Markt hat. Am dichtesten an der Serienfertigung fürs Elektroauto scheint Quantumscape zu sein. Bei allen anderen Herstellern bleibt abzuwarten, wie es weitergeht und ob die Ankündigungen umgesetzt werden können.

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