Superbatterien für Elektroautos werden bald fertig sein
Samsung kündigt die Massenproduktion einer Festkörperbatterie an, die Elektrofahrzeugen einen Schub verleihen könnte. Die Batterie soll 20 Jahre halten, Reichweiten von über 900 Kilometern ermöglichen und in nur neun Minuten geladen werden. Meanwhile droht Deutschland im Bereich Batterieforschung ins Hintertreffen zu geraten.
Kurze Reichweiten, lange Ladezeiten und unzureichende Batterielebensdauer behindern derzeit Elektrofahrzeuge. Doch sie könnten bald mit innovativen Festkörperbatterien beschleunigen, die diese Probleme angehen. Samsung hat auf der SNE Battery Day 2024 Konferenz angekündigt, dass sie die Massenproduktion solcher Batterien bis 2027 starten werden. Eine Pilotproduktionslinie ist bereits in Betrieb, mit ersten Tests durch Elektrofahrzeughersteller, wie "Interesting Engineering" berichtet.
Bis zu 965 Kilometer Reichweite
Die Festkörperbatterie soll eine Reichweite von bis zu 965 Kilometern und eine Lebensdauer von 20 Jahren ermöglichen. Sie kann von 8 auf 80 Prozent in nur neun Minuten geladen werden, ein "unvorstellbares Merkmal", wie Samsung erklärt. Diese schnelle Ladezeit ist durch die Optimierung des Lithium-Ionen-Übertragungspfads und niedrigen Widerstand möglich.
Warum nicht auf 100 Prozent laden? Tiefe Entladungen auf 0 Prozent und schnelles Laden über 80 Prozent können Batterien schaden. In diesen Bereichen absorbieren Batterien Energie viel langsamer. Einige Smartphone-Hersteller ermöglichen es Benutzern, einen maximalen Ladeprozentsatz festzulegen, um die Batterielebensdauer zu erhalten.
Die neue Batterie hat ein prismatisches Formfaktor, was bedeutet, dass sie rechteckig und flach ist. Im Gegensatz zu traditionellen Batterien befinden sich ihre Anschlüsse nicht oben, sondern seitlich, um die Energieeffizienz und die Kühlleistung zu verbessern.
Keine Anoden
Samsung verwendet auch eine Cell-to-Pack (CTP) Architektur, indem Zellen direkt in das Batteriepack integriert werden, anstatt Module zu verwenden. Außerdem hat die neue Batterie keine Anoden. Üblicherweise speichern Anoden Ionen, während die Batterie geladen wird, wobei Ionen von der Anode durch einen Elektrolyten zur Kathode (Stromabnehmer) während des Betriebs fließen.
Ein in Nature Energy veröffentlichtes Studium von Forschern der University of Chicago hat kürzlich beschrieben, wie eine anodenfreie Batterie funktionieren kann. Ihr Konzept beinhaltet das Speichern von Ionen direkt auf dem Abnehmer durch eine elektrochemische Abscheidung eines Alkalimetalls.
Hohe Energiedichte, aber sicher
Insgesamt wird die Anzahl der Komponenten um 35 Prozent und das Gewicht um 20 Prozent im Vergleich zu traditionellen Designs reduziert. Dies resultiert in einer Energiedichte von 500 Wattstunden pro Kilogramm (Wh/kg), etwa 40 Prozent höher als bei aktuellen Samsung-Elektrofahrzeugbatterien.
In einer Festkörperbatterie wird ein fester Elektrolyt anstelle eines flüssigen verwendet. Samsung verwendet ein Oxid, mit Alternativen wie Polymeren, organischen Elektrolyten und Sulfiden oder Thiophosphaten. Diese Batterien bieten höhere Energiedichten, schnellere Ladezeiten und verbesserte Sicherheit mit einem deutlich geringeren Brandrisiko.
Noch zu teuer für die meisten
Es ist kein Wunder, dass Automobilhersteller diese Batterien so schnell wie möglich in ihren Fahrzeugen verwenden möchten. Allerdings ist Samsung's Festkörperbatterie noch sehr teuer in der Produktion, sodass sie zunächst im "Super-Premium-Segment" eingesetzt werden wird.
Um die Massenproduktion vorzubereiten, hat Samsung eine Pilotanlage gebaut, die bereits kleine Chargen produziert. Initialproben wurden an Automobilhersteller zur Prüfung gesendet, wobei Samsung positive Feedback meldet.
Samsung hat Konkurrenz
Samsung ist nicht die einzige Firma, die die Massenproduktion von Festkörperbatterien plant. Toyota, in Partnerschaft mit dem Energieunternehmen Idemitsu Kosan, plant ebenfalls, die Produktion bis 2027 zu starten.
Laut "Notebookcheck" kämpfen auch japanische Hersteller mit hohen Produktionskosten, sodass ihre Festkörperbatterie zunächst in Luxusfahrzeugen der Lexus-Marke verwendet werden wird. Nissan ist ebenfalls beteiligt, wobei der japanische Konzern plant, sein erstes Elektrofahrzeug mit einer selbstentwickelten Festkörperbatterie im Jahr 2028 zu starten. CATL, der weltgrößte Lieferant von Elektrofahrzeugbatterien, forscht seit über einem Jahrzehnt an Festkörperbatterien mit über 1000 Mitarbeitern. initially planned to start mass production in 2030, but now the Chinese company wants to produce at least a small batch in 2027.
Deutsche Automobilhersteller kooperieren auch. VW-Manager Frank Blome, verantwortlich für diesen Bereich, spricht sogar von einem "Endspiel" in der Batterietechnologie, das jede Firma gewinnen will, laut ADAC. VW will 2025 eine Pilotanlage starten und hat sich mit dem US-Startup QuantumScape zusammengetan. Mercedes-Benz kooperiert mit dem taiwanesischen Unternehmen ProLogium und auch mit dem US-Unternehmen Factorial Energy. Ford und BMW versuchen ihr Glück mit dem US-Spezialisten für Festkörperzellen Solid Power.
Know-how kann gekauft werden, aber es ist am besten, es selbst zu entwickeln, was bedeutet, dass Forschung für die deutsche Industrie - nicht nur für Automobilhersteller - entscheidend ist. In einer gemeinsamen Erklärung sprechen die Verbände KLiB, VCI, VDMA und ZVEI von einer Studie des Marktforschungsunternehmens Frost & Sullivan, wonach Batterien die wichtigste Technologie des 21. Jahrhunderts sind.
Allerdings hat die deutsche Regierung die Förderung der Batterieforschung deutlich reduziert. Laut dem Kompetenznetzwerk für Lithium-Ionen-Batterien (KLiB) hat die Forschungsministerin Bettina Stark-Watzinger (FDP) nur die Fortsetzung bestehender Projekte in diesem Jahr genehmigt. Für 2025 hat sie die geplanten Mittel von 155 auf 14 Millionen Euro reduziert. Wegen der Schlüsselfunktion der Technologie im Energieübergang hätte dies "dramatische Folgen für den Hightech-Standort Deutschland", wie es in einem offenen Brief von führenden Wissenschaftlern und Unternehmen der Branche an die Bundesregierung heißt.
Die Förderung von Vorwettbewerbsforschung ist die Grundlage für die Erforschung neuer strategischer Batteriethemen wie Festkörperbatterien und Natrium-Ionen-Batterien, wie die Branchenverbände in ihrer Erklärung schreiben. Sie ermöglicht die Untersuchung und Bewertung technologischer Trends und die Erkundung neuer Forschungsfelder. Ohne diese Forschung ist eine starke Position Deutschlands auf dem strategisch wichtigen Batteriefeld nicht realisierbar.
Die innovative Festkörperbatterietechnologie von Samsung könnte die deutsche Energiepolitik erheblich beeinflussen, da das Land aufgrund hoher Produktionskosten in der Batterieforschung ins Hintertreffen geraten könnte. Das Potenzial von Samsungs Batterie, die lange Reichweiten und schnelles Aufladen ermöglicht, könnte deutsche Autohersteller dazu ermutigen, in diese Technologie zu investieren und einen Wettbewerbsvorteil zu sichern.
