Leistungsfähige Feststoffakkus: 10 Minuten laden für über 1000 km Reichweite

Toyota kündigte bereits an 2027 einen Super-Feststoff-Akku in den Autos verbauen zu wollen, der in zehn Minuten geladen werden kann und Reichweiten von über 1.000 km ermöglichen soll. Andere Autohersteller, wie beispielsweise Mercedes, verfolgen ähnlich ambitionierte Pläne. Feststoffbatterien sind leichter als die bisher in Elektroautos verbauten Lithium-Ionen-Akkus. Zudem kann bereits beim aktuellen Stand der Technik auf seltene Metalle wie Kobalt verzichtet werden. Die Feststoffakkus werden mit nachhaltigen Kathoden ausgestattet. Das ermöglicht den Verzicht auf sozio-ökonomisch kritische Bestandteile.

Angepasstes Syntheseverfahren erfordert weniger Energie bei der Herstellung

Die Vorteile von Feststoffakkus klingen im Vergleich zu aktuellen Akkus mit flüssigen Leitersubstanzen sehr verlockend. So seien diese mit einer höheren Energiedichte ausgestattet, sind leichter und kompakter, weniger komplex im Aufbau und gewährleisten eine höhere Sicherheit. Weiterhin ist die hohe Ladeleistung zu nennen. Diese beträgt jetzt bereits das Doppelte im Vergleich zu konventionellen Akkus.
Da bei Feststoffakkus der Elektrolyt leitfähig sein muss, wird an verschiedenen Leitmedien geforscht. Bisher sind Anoden aus metallischem Lithium beliebt bei den Forschenden. Graphit wäre somit raus. Als Festelektrolyt und gleichzeitig Separator fungiert eine dünne keramische Schicht. Diese Schicht wirkt sich Forschern zufolge sehr effektiv gegen Kurzschlüsse aus. In der Folge wird das Wachstum von Dendriten verhindert und ein thermisches Durchgehen somit vermieden. In Feststoffbatterien sind keine brennbaren Flüssigkeiten enthalten.
Bisher eignet sich der Lithium-Granat Li7La3Zr2O12−d (LLZO) gut als keramischer Elektrolyt, wie die Fachwebsite chemie.de schreibt. Problematisch ist jedoch, dass das Material zusammen mit der Kathode bei über 1050 Grad Celsius „gesintert“ werden muss. Das erfordert eine hohe Zugabe von Energie bei der Herstellung. Forschern um das Team Jennifer L. M. Rupp vom MIT (Cambridge, USA) und der TU München herum ist es nun gelungen das Syntheseverfahren so anzupassen, dass dieses bei Temperaturen von 500 Grad Celsius realisiert werden kann und sintern obsolet ist. Dieser Teilerfolg in der Forschung an Feststoffakkus ist ein wichtiger Schritt für eine kostengünstigere und weniger energieintensivere Produktion der neuen Superakkus.

Autohersteller setzen viel auf Feststoffakkus

Mercedes hat in diesem Jahr bereits mit der Erprobung von Feststoffakkus in Prototypen begonnen und rechnet damit in spätesten fünf Jahren die Nutzung in Serienfahrzeugen zu realisieren. VW hat ebenfalls bereits in Unternehmen investiert, die leistungsfähige Lithium-Metall-Feststoffakkus herstellen. Das amerikanische Start-up Quantumscape wurde mit einem Investment in Höhe von 300 Millionen Dollar unterstützt und kündigte an 200.000 Feststoffakkus pro Jahr produzieren zu können und die Serienfertigung 2025 oder 2026 in einem großen Maßstab realisieren zu können. 2020 hat Samsung bereits verkündet einen leistungsfähigen Feststoffakku auf den Markt bringen zu wollen. Dieser verfügt über einen besonderen Aufbau und gilt ebenfalls als vielversprechender Kandidat für die Zukunft der Feststoffakkutechnologie.