Nissan erforscht günstigere Lithium-Schwefel-Feststoffakkus

Festkörperbatterien gelten als Zukunft des E-Autos, aber in der Herstellung sind sie bisher noch schlichtweg zu teuer. Das neue Forschungsprojekt CoRe-SoLiS von Nissan, Gelion und der Universität Oxford ebnet nun den Weg für kostengünstige und sichere E-Auto-Batterien der nächsten Generation. Durch den Einsatz von nano-verkapseltem Schwefel, statt teuren und kritischen Rohstoffe wie Kobalt und Nickel, sinken die Produktionskosten für Feststoffakkus drastisch. Somit können Elektrofahrzeuge künftig mit deutlich günstigeren, langlebigeren und schnellladefähigen Akkus ausgestattet werden, die zudem sicherer sind, weil sie ohne entflammbare Flüssigkeiten auskommen. Das würde die bisherigen Haupthindernisse bei Kosten und Haltbarkeit beseitigen und den Übergang zu bezahlbarer Elektromobilität beschleunigen.

Details: Nissan forscht an Feststoffakku aus Schwefel

Nano-verkapselter Schwefel statt Nickel und Kobalt

Das Hauptproblem aktueller Festkörper-Entwicklungen sind die hohen Fertigungskosten. Während konventionelle Lithium-Ionen-Akkus preislich kontinuierlich sinken, bewegen sich reine Festkörperzellen aufgrund aufwendiger Materialien oft noch in einer unbezahlbaren Nische. Genau hier setzt die Kooperation von Nissan und Gelion an.

Gelion bringt seine patentierte Technologie des nano-verkapselten Schwefels (NES) ein, um die herkömmliche, kostspielige Kathode aus Nickel, Mangan und Kobalt (NMC) vollständig durch Schwefel zu ersetzen. Schwefel ist auf den westlichen Märkten im Überfluss vorhanden, günstig zu beschaffen und befreit die Lieferketten von geopolitischen Engpässen. Nissan steuert dazu das konkrete Anforderungsprofil aus der Automobilpraxis bei, um die neue Schwefel-Zelle exakt auf Schnellladefähigkeit, hohe Energiedichte und die harten Sicherheitsvorgaben im Fahrzeugbau abzustimmen.

Chemische Hürden erfolgreich überwunden

Bisher litten klassische Lithium-Schwefel-Batterien (Li-S) mit flüssigen Elektrolyten unter einer kurzen Lebensdauer. Der Grund dafür ist die Entstehung sogenannter Polysulfide während der Lade- und Entladezyklen, welche die Zelle chemisch degradieren und die Leistung schnell einbrechen lassen.

Die CoRe-SoLiS-Partner lösen dieses Problem zweifach:

1. NES-Kathode: Die molekulare Nano-Verkapselung des Schwefels durch Gelion unterdrückt die schädlichen chemischen Nebenreaktionen.
2. Feststoff-Elektrolyt: Durch den Verzicht auf flüssige Elektrolyte wird der Transport von Polysulfiden mechanisch blockiert. Zudem entfällt das Risiko von Batteriebränden vollständig.

Integration in die bestehende E-Auto-Produktion

Ein entscheidender Vorteil für die Industrie ist es, dass sich die NES-Kathode laut Gelion ohne tiefgreifende Umbauten als echtes Drop-in-Material in bereits bestehende Produktionslinien (Slurry- und Beschichtungsprozesse) für Batteriezellen integrieren lässt. Das spart Herstellern unnötig hohe Investitionen bei der Skalierung. Die Universität Oxford flankiert das Projekt unter der Leitung von Prof. Mauro Pasta. Die Forschung ist eng mit dem britischen SOLBAT-Programm verknüpft und bringt hochentwickelte Feststoff-Anoden auf Basis von Lithium-Legierungen in die Zellarchitektur ein.

Strategischer Ausblick und das globale Marktumfeld

Für Nissan fügt sich das Vorhaben nahtlos in die europäische Elektrifizierungsstrategie ein, die stark auf das britische Fertigungshub in Sunderland (EV36Zero-Programm) ausgerichtet ist. Während Nissan über das CoRe-SoLiS-Projekt den kostengünstigen Lithium-Schwefel-Ansatz forciert, setzen die direkten globalen Wettbewerber primär auf 3 andere technologische Pfade:

1. Keramische Oxidsysteme (Oxide-based): Diese Technologie gilt als thermisch sehr stabil und sicher, kämpft jedoch mit einer geringeren Ionenleitfähigkeit bei Raumtemperatur. Zu den Haupttreibern gehören hier Volkswagen über seine Beteiligung am US-Entwickler QuantumScape, sowie der Zulieferer ProLogium, der bereits eng mit Mercedes-Benz kooperiert. Auch die europäische Entwicklerplattform Ilika (Goliath-Prototypen) setzt auf oxidbasierte Schutzschichten.
2. Sulfidbasierte Feststoffelektrolyte (Sulfide-based): Sie bieten eine gute Ionenleitfähigkeit und ermöglichen sehr kurze Ladezeiten, sind jedoch äußerst feuchtigkeitsempfindlich und in der Produktion teuer. Angeführt wird dieses Segment von Toyota (in Kooperation mit Panasonic und Sumitomo) mit dem Ziel einer ersten Skalierung bis 2027/2028. Auch BMW verfolgt diesen Weg über die Partnerschaft mit Solid Power, ebenso wie Südkoreas Schwergewichte Samsung SDI und LG Energy Solution.
3. Polymerbasierte Systeme (Polymer-based): Diese flexiblen, plastikähnlichen Feststoffelektrolyte lassen sich verhältnismäßig leicht in bestehende Roll-to-Roll-Produktionsprozesse integrieren, bieten jedoch meist eine geringere Leistungsdichte. Der französische Hersteller Bolloré nutzt diese bereits in ersten kommerziellen Kleinserien, während asiatische Akteure wie WeLion (Lieferant für NIO) und CATL zunächst über hybride Semi-Solid-State-Ansätze (teilflüssige Systeme) den Markt durchdringen.

Sollten die kommenden drei Forschungsjahre von CoRe-SoLiS erfolgreich verlaufen, könnte der Verzicht auf NMC-Kathoden (Nickel, Mangan, Kobalt) Nissan ab Ende des Jahrzehnts einen entscheidenden strukturellen Kostenvorteil gegenüber dieser Konkurrenz sichern. Die Technologie stünde genau dann für die Massenproduktion bereit, wenn der Markt nach bezahlbaren Systemen für die breite Masse verlangt.

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