Bei den nächsten großen Neuigkeiten zum Thema Batterien kommen die beiden Wörter „Festkörper“ fast immer zur Sprache. Sie gelten als die ultimative Weiterentwicklung der flüssigen Lithium-Ionen-Batterien, doch obwohl Jahr für Jahr verkündet wird, dass es „bald so weit“ sei, befinden sie sich immer noch im Laborstadium.

I. Was hat sich bei Solid State eigentlich geändert?

Heutige Lithium-Ionen-Akkus verwenden flüssige Elektrolyte, die zwar für die Stromleitung sorgen, aber leicht auslaufen und hitzeempfindlich sind. Bei Festkörperbatterien wird dieser durch einen festen Elektrolyten ersetzt, wodurch zudem eine Lithiummetall-Anode verwendet werden kann. Die Energiedichte könnte dadurch von derzeit etwas mehr als 200 Wh/kg auf 400 oder sogar 500 Wh/kg steigen. Nicht brennbar und über einen breiten Temperaturbereich einsetzbar – das klingt nach lauter Vorteilen.

II. Verschiedene Lager mit unterschiedlichen Absichten

Das Verfahren auf Polymerbasis ähnelt am ehesten den bestehenden Produktionslinien, weist jedoch eine relativ geringe Leitfähigkeit bei Raumtemperatur auf; Oxide (wie beispielsweise LLZO mit Granatstruktur) sind zwar stabil, aber hart und spröde, was die Anbindung an Grenzflächen erschwert; Sulfid-Ionen weisen die höchste Leitfähigkeit auf und sind der Schwerpunkt, auf den Toyota und Samsung setzen, sind jedoch wasser- und sauerstoffempfindlich und stellen extrem hohe Anforderungen an die Fertigungsumgebung.

Route Ionenleitfähigkeit Grenzflächenkontakt Schwierigkeiten bei der Serienfertigung
Polymer eher niedrig Gut niedriger
Oxid Chinesisch Schwierig Chinesisch
Sulfide Hoch Chinesisch Hoch (empfindlich gegenüber Wasser und Sauerstoff)

III. Wie weit sind wir noch von der Serienproduktion entfernt?

Halbfestkörper-Batterien haben bereits den Sprung in die Serienfahrzeuge geschafft – so gilt beispielsweise das frühe 150-kWh-Halbfestkörper-Batteriepaket von NIO als „Vorabversion“ der Festkörperbatterie. Was die Vollfestkörper-Batterien betrifft, hat Toyota den Zeitrahmen für die Demonstration auf die Jahre 2027 bis 2028 festgelegt; auch die chinesischen Unternehmen CATL und Weilan treiben die Entwicklung voran. Doch bevor Vollfestkörper-Batterien wirklich in großem Maßstab eingeführt werden können, müssen zunächst drei große Herausforderungen bewältigt werden: die Impedanz an der Fest-Fest-Grenzfläche, Lithium-Dendriten und die Kosten. Allgemein wird davon ausgegangen, dass dies noch fünf bis zehn Jahre dauern wird.

Man sollte SSDs nicht überbewerten: Zunächst sollten halb-Solid-State-Lösungen eingeführt werden, um das Nutzererlebnis zu verbessern; All-Solid-State-Lösungen sind zwar die „endgültige Lösung“, erfordern aber Geduld.

Solid-State-Batterien sind also nicht „schon morgen da“, sondern stehen bereits vor der Tür – nur ist die Tür noch ein bisschen schwer.