In den kommenden Jahren wird es mehrere Wandel bei der Batterie für Elektroautos geben. Einerseits setzen deutsche Hersteller erstmals umfangreich auf günstigere LFP-Zellen und zweitens kommt im Premium-Segment der Akku aus Feststoffen an. Nun gibt es Neuigkeiten aus China.
Nein, es ist nicht der umgefallene Sack Reis, es ist ein weiterer Durchbruch in der Akku-Entwicklung für die Mobilität der Zukunft. Alle sind sich einig: Auch wenn aktuelle Batterien noch Luft nach oben haben, der Feststoffakku ist die langfristige Zukunft. Chinesische Forschungsteams haben „große Fortschritte“ machen können.
Die neuesten Entwicklungen könnte es ermöglichen, dass ein nur 100 kg leichtes Batteriepaket eine Reichweite von über 1.000 km liefert – bisher waren etwa 500 km realistisch. Elektroautos könnten also leichter werden und gerade bei sehr kleinen Stadtautos wären langfristig sehr vernünftige Reichweiten möglich, wenn diese Technologie denn in Masse produziert werden kann.
Es gibt wohl insgesamt drei neue Lösungsansätze, die gerade durch chinesische Medien bekannt gegeben werden. Der Staatssender CCTV berichtet, dann ist es besonders, so wie beim ersten einsetzbaren Smartphone-Chipsatz von Xiaomi, der langfristig von großer Bedeutung für die chinesische Wirtschaft sein kann.
Eine grundlegende Herausforderung sei wohl die „Fest–Fest-Grenzfläche“, denn herkömmliche sulfidbasierte Festelektrolyte sind hart und spröde wie Keramik, während Lithium-Metall-Anoden weich und formbar sind. Eine ungleichmäßige Grenzfläche zwischen den Materialien ist schlecht für Lade- und Entladeeffizienz.
Lösungsansatz 1: Iodionen als „Vermittler“ (Institut für Physik, Chinesische Akademie der Wissenschaften)
- Forscher setzen Iodionen als interaktive Vermittler ein, die während des Betriebs zur Grenzfläche zwischen Elektrode und Elektrolyt wandern.
- Dort ziehen sie Lithiumionen an und füllen mikroskopische Lücken.
- Dieses selbstregulierende System verbessert den Kontakt zwischen den Materialien erheblich und beseitigt einen der größten Hürden für praxistaugliche Festkörperbatterien.
Lösungsansatz 2: Mechanische Flexibilität durch Polymergerüst (Institut für Metallforschung, Chinesische Akademie der Wissenschaften)
- Ein neu entwickeltes Polymer-basiertes Elektrolytgerüst erhöht die Biege- und Torsionsfestigkeit der Batterien.
- Die Struktur widerstand 20.000 Biegezyklen und mehrfacher Verdrehung ohne Schaden.
- Zusätzliche chemische Komponenten verbesserten den Lithium-Ionen-Transport und steigerten die Energiedichte um bis zu 86 %.
Lösungsansatz 3: Fluorierte Polyether zur Stabilisierung (Tsinghua-Universität)
- Verwendung fluorierter Polyether-Materialien zur Verstärkung des Elektrolyten.
- Fluor bildet eine stabile Fluoridschicht auf der Elektrodenoberfläche, die elektrische Durchbrüche verhindert.
- Zellen bestanden Stoßtests und Hitzetests bei 120 °C ohne Explosion – deutlich höhere Sicherheit und Stabilität bei hoher Ladeleistung.