Feststoffbatterien: Der Energieträger der Zukunft?

Lithium-Ionen-Akkus gelten, wie wir alle wissen, als bewährt und zuverlässig. Ihr großer Nachteil, besonders in Bezug auf die E-Mobilität: Sie sind schwer, laden verhältnismäßig langsam und brauchen so in der Regel mehrere Stunden, bis sie wieder 100 Prozent Ladestand aufweisen. Zusätzlich dazu besteht weiterhin das Risiko eines Kurzschlusses und eines daraus potenziell resultierenden Feuers. Hier kommen, neben anderen Alternativen, Feststoffbatterien ins Spiel – doch was unterscheidet sie von regulären Akkus und wie ist der aktuelle Forschungsstand?

Was sind Feststoffbatterien und wie funktionieren sie?

Obwohl auch Feststoffbatterien in der Regel auf Lithium-Ionen zurückgreifen, unterscheiden sie sich in einigen Punkten zentral von den altbekannten Akkus: Während Lithium-Ionen-Batterien (LIB) einen Flüssigelektrolyten enthalten, wird bei der Feststoffbatterie – wie es der Name bereits sagt – auf einen Feststoff, einen Festelektrolyten, gesetzt. Der Elektrolyt übernimmt den Transport der Ionen zwischen Anode und Kathode und sorgt damit dafür, dass sich die Elektronen in die entgegengesetzte Richtung bewegen können – der Stromfluss wird in Gang gebracht und der elektrische Motor wird angetrieben.

Festelektrolyten haben nicht nur ein geringeres Entzündungsrisiko, sondern versprechen auch das Potenzial einer höheren Energiedichte: Mehr Energie auf gleicher Größe. Das liegt daran, dass feste Elektrolyten den Einsatz von alternativen Anodenmaterialien möglich machen: Statt aus Grafit, könnte eine Anode beispielsweise aus Lithium hergestellt werden – und das bringt ein deutlich höheres elektrochemisches Potenzial mit sich. Gesprochen wird hier von einer bis zu 30 Prozent längeren Reichweite bei etwa doppelt so schneller Ladezeit – Zahlen, die die Alltagstauglichkeit von beispielsweise E-Fahrzeugen noch einmal deutlich verbessern und die E-Mobilität generell attraktiver und sicherer machen könnten. 

Forschungsstand und Komplikationen

An Alternativen wie Feststoffbatterien wird kräftig geforscht – und auch diverse Fahrzeughersteller beteiligen sich bereits an Weiterentwicklungen und ersten Tests. Noch ist nicht klar, wie hoch das Marktpotenzial letztlich ausfallen wird. In Bezug auf Fahrzeuge kommen Feststoffbatterien aktuell eher bei Bussen zum Einsatz – das liegt daran, dass diese mehr oder minder kontinuierlich fahren, und nicht wie PKW durchschnittlich über 90 Prozent ihrer Lebenszeit geparkt stehen. Der Grund: Feststoffbatterien funktionieren aktuell nur, wenn sie eine Betriebstemperatur von 50 bis 80 Grad Celsius aufweisen. Natürlich wird hier bereits an Alternativen gearbeitet – beispielsweise an Batterien, die Sulfid- oder Oxid-Elektrolyten enthalten. Es wird erhofft, dass diese Entwicklung auch größere Marktanteile mit sich bringen wird. Erwartet wird das bis zum Jahr 2030.

Wann kommt das „Go“ für die Feststoffbatterie?

Aktuell ist noch nicht klar, wie sich das Preis-Leistungs-Verhältnis der neuen Batterieentwicklungen zukünftig darstellen und verändern wird. Schließlich gelten Lithium-Ionen-Akkus als altbewährt und werden somit basierend auf Erfahrungswerten eher schleichend den Markt verlassen. Aktuell ist also noch nicht klar, ob die Feststoffbatterie wirklich die Zukunft der Elektromobilität darstellt.

Erwartet wird aber, dass das Batterieangebot immer diverser werden wird: Preisschwankungen, neue Ansprüche und auch Schwierigkeiten bei der Materialgewinnung werden für eine breite Variation an Akku-Potenzialen sorgen. Welches Fahrzeug mit welcher Batterie ausgestattet wird, wird also letztlich von verschiedenen Faktoren abhängen.