China hat Serienproduktion von "Liquid-Solid-State"-Akkus gestartet (Symbolbild)
China hat Serienfertigung von "Liquid-Solid-State"-Akkus gestartet
Wenn die Trendbarometer und Prognosen stimmen, dann gehört die Zukunft den Solid-State-Akkus. Solche Feststoffakkus erreichen eine höhere Energiedichte, sind sicherer und können rascher geladen werden. Der Weg dorthin soll aber über mehrere Zwischenschritte erfolgen.
Demnach werden zunächst verschiedene chemische Varianten sowie so genannte Semi-Solid-State-Akkus auf den Markt kommen. Für die "echten" Feststoffakkus ist nämlich noch einiges an Entwicklungsarbeit notwendig. Es gilt noch, Verfeinerungen bei den verwendeten Materialien anzugehen und vor allem die Massenproduktion daran anzupassen.
In China hat nun ein Unternehmen die Serienfertigung von solchen Feststoffakkus beziehungsweise von Semi-Solid-State-Batterien aufgenommen. Hylic (Heyuan Lithium Innovation in China) habe als erstes Unternehmen eine Fertigungslinie in Betrieb genommen, die für derartige Batterien aus dem Boden gestampft wurde, berichten mehrere Medien.
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Vorteil von Feststoffakkus
Mehr Energie auf kleinerem Raum
Feststoffbatterien können deutlich mehr Energie speichern als herkömmliche Lithium-Ionen-Akkus. Das bedeutet: Größere Reichweite bei gleichem Platzbedarf oder kleinere, leichtere Batterien für dieselbe Reichweite.
Weniger Brandgefahr, mehr Sicherheit
Statt einer brennbaren flüssigen Elektrolytlösung nutzen Solid-State-Akkus einen festen Elektrolyten, der nicht entflammbar ist. Dadurch sinkt das Risiko von Überhitzung, Kurzschlüssen oder Explosionen erheblich.
Schnelleres Laden und längere Lebensdauer
Feststoffbatterien ermöglichen höhere Ladegeschwindigkeiten. Außerdem altern sie langsamer, was die Lebensdauer der Batterie deutlich verlängert.
Verschiedene Anwendungsbereiche
Hylic, das meistens als Heyuan bezeichnet wird, setzt bei seiner "Liuhe"-Batterie auf einen Elektrolyt aus einer festen Oxidschicht. Damit könne das Unternehmen eine Energiedichte von bis zu 600 Wh/kg erreichen, heißt es. Zum Vergleich: Übliche Lithium-Ionen-Akkus mit flüssigen Elektrolyten für E-Autos haben Zellen mit etwa 250 Wh/kg.
Die ersten Akkus, die Heyuan ausliefert, werden aber noch eine reduzierte Energiedichte aufweisen und auf verschiedene Anwendungsbereiche abzielen. Die Liuhe-Batterie für den Automobilsektor soll auf eine Energiedichte von bis zu 360 Wh/kg kommen, für E-Scooter und Fahrräder zwischen 250 und 300 Wh/kg. Die Batterien für Roboter und andere Geräte sollen auf 280 bis 360 Wh/kg kommen.
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Oxid vs. Sulfid
Die Variante, die Heyuan für seine Festkörperbatterie gewählt hat, gilt als ein Zwischenschritt. Die Oxidschicht, die am besten mit einer Keramikfliese vergleichbar ist, hat nämlich nur eine moderate Ionenleitfähigkeit. Solid-State-Batterien, deren Elektrolyt auf einer Sulfid-Basis aufbaut, gelten als technisch überlegen und haben eine deutlich höhere Ionenleitfähigkeit.
Außerdem ist der keramische Oxid-Elektrolyt derart hart, dass er sich schwer in Form bringen lässt. Vor allem beim Anpassen an die Elektroden können winzige Lücken entstehen, die die Leitfähigkeit bremsen und die Leistungsfähigkeit der Batterie mindern. Die Sulfid-Variante hat dieses Problem nicht, weil der Elektrolyt deutlich weicher ist und sich daher besser bündig anpassen lässt.
Die Oxid-basierten Solid-State-Batterien werden daher in der Regel mit etwas Flüssigkeit versetzt, damit sie sich besser an die Elektroden anpassen lassen. Das wirft die Frage auf, ob es sich bei dieser Oxid-Variante überhaupt um echte Festkörperbatterien handelt oder ob sie eigentlich den Semi-Solid-State-Batterien zuzurechnen sind.
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Was ist ein Semi-Solid-State-Akku?
Dabei handelt es sich um eine Weiterentwicklung klassischer Lithium-Ionen-Akkus. Statt eines vollständig flüssigen Elektrolyten kommt ein dickflüssiges, gelartiges oder teils festes Material zum Einsatz, das den Elektrolyten teilweise „bindet“. Die Elektrodenstruktur ist dichter gepackt, der Anteil an frei beweglicher Flüssigkeit geringer.
Dadurch lassen sich die Energiedichte erhöhen, also mehr Energie auf gleichem Raum speichern, und das Risiko von Leckagen oder heftigen Reaktionen bei Beschädigung verringern, weil weniger frei flüssiges, leicht entflammbares Material vorhanden ist. Es handelt sich dabei um einen Zwischenschritt bis hin zum kompletten Feststoffakku.
Ganz ohne flüssigen Anteil kommen diese Akkus aber nicht aus. Semi-Solid-State-Zellen behalten in der Regel eine Restmenge flüssigen oder weichgelartigen Elektrolyten, um die Ionenbewegung zu erleichtern und die Leitfähigkeit hochzuhalten. Dadurch bleibt ein gewisses, wenn auch reduziertes Brandrisiko bestehen, etwa bei starker Überhitzung oder schweren mechanischen Schäden.
Semi oder Liquid?
Die Verwirrung ist also vorprogrammiert. Und es wird noch schlimmer, denn die chinesischen Behörden haben einen kuriosen Beschluss gefasst. Solche mit Flüssigkeit versetzten Festkörperbatterien beziehungsweise Semi-Solid-State-Akkus müssen in China künftig als "Liquid-Solid-State"-Batterien bezeichnet werden.
In manchen Medienberichten und Aussendungen über die Massenproduktion der "Liuhe"-Batterie ist die Rede von "Solid-State"-Akkus, manchmal wird die Technologie auch als "Liquid-Solid-State"-Batterie bezeichnet.
Abgesehen von der Begrifflichkeit zeigt sich, dass das Thema rasch an Fahrt gewinnt. Unternehmen wie Heyuan werden durch die Massenfertigung von derartigen Batterien schnell wertvolles Know-how aufbauen können, das dann möglicherweise bereits für die nächste Batteriegeneration von Vorteil ist.
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