Semifestkörperzellen von Welion.
BASF und Welion erreichen Meilenstein bei Festkörperbatterien
BASF Battery Materials, eine Tochterfirma des deutschen Chemiekonzerns BASF, hat zusammen mit dem Unternehmen Welion New Energy aus Peking einen Meilenstein bei der Batterietechnologie der nächsten Generation erreicht. BASF konnte nämlich die ersten Chargen des massenproduzierten Kathodenaktivmaterials für Semi-Festkörperbatterien ausliefern.
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Bei dem Kathodenmaterial handelt es sich um eine Mischung aus Nickel, Mangan und Kobalt, wie es auch in herkömmlichen Lithiumbatterien (NMC-Batterien) verwendet wird. Revolutionär daran ist eine einzigartige Beschichtung dieser Kathoden, um Probleme zwischen der Schnittstelle von Kathode und Elektrolyt zu lösen.
Was sind Festkörperbatterien?
Sie gelten als der heilige Gral der Batterieentwicklung: Festkörperakkus. Sie gelten als sicher, haben eine hohe Energiedichte, können schnell geladen werden und versprechen auch bei niedrigen Temperaturen gute Leistungen. Während selbst moderne E-Autobatterien etwa 30 bis 45 Minuten brauchen, um bis auf 80 Prozent zu laden, schaffen das Festkörperbatterien in unter 12 Minuten.
Diese Vorteile schaffen Festkörperbatterien, da ihr Elektrolyt fest statt flüssig ist. Beim Elektrolyten handelt es sich um einen Stoff, der freie geladene Atome oder Moleküle enthält, wodurch man Strom leiten kann. Zusammen mit den Elektroden (Anode und Kathode) stellt der Elektrolyt eines der zentralen Bauteile von Batterien dar.
Der Übergang von flüssigem hin zu festem Elektrolyten ist allerdings nicht einfach. Unternehmen entwickeln daher Fast-Feststoffbatterien, auch Quasi-Festkörperbatterie oder Semi-Festkörperbatterie genannt, die immer noch einen geringen Anteil an Flüssigkeit haben. Sie weisen zumindest einige Vorteile von Festkörperbatterien auf und sind einfacher zu entwickeln.
Reine Festkörperbatterien befinden sich noch in der Entwicklungsphase. Serienfertigung gibt es noch keine, einzelne Prototypen sollen aber die Vorzüge der Technologie demonstrieren.
Weniger Schnittstellenprobleme
Solche Schnittstellenprobleme schränken die Leistung der Batterien stark ein. Der starre, brüchige Elektrolyt muss sich nämlich so gut wie möglich an die Elektroden anschmiegen, damit es zu keinen Kontaktverlusten kommt. Pufferschichten wie die Beschichtung von BASF sollen dieses Problem lösen.
Durch die Beschichtung sei die Leistung der Batterie und die Lebensdauer deutlich erhöht, da dadurch die Nebenreaktionen an den Grenzflächen unterdrückt werden, schreibt BASF in einer Pressemitteilung. Diese unerwünschten Reaktionen können den Ladungstransport verschlechtern und den Elektrolyten zersetzen, wodurch die Lebensdauer der Batterie sinkt.
Wichtiger Schritt zur Industrialisierung von Festkörperbatterien
Die Entwicklung der Kathode von Konzept zur Massenproduktion dauerte nur ein Jahr. "Diese Zusammenarbeit stellt einen Meilenstein für unser Geschäft mit Batteriematerialien dar und ist ein bedeutender Schritt nach vorn im Bereich der Festkörperbatterien", wird Desmond Long, Senior Vice President von BASF Battery Materials, in der Aussendung zitiert. Die Massenproduktion des Materials sei zudem ein wichtiger Schritt zur Industrialisierung von Festkörperbatterien.
Welion gilt als eines der führenden Unternehmen bei der Herstellung von Festkörperbatterien. Ihre aktuell beste Semifestkörperzelle (eine NMC-Batterie) kann 360 Wattstunden pro Kilogramm Gewicht speichern. Sie wurde bereits 2023 bei einem Modell des Elektroautoherstellers Nio verbaut.
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Batterie mit 400 Wh/kg geplant
Welion bietet die Technologie allerdings auch für den Einsatz in Drohnen und E-Bikes an. Bis 2027 sollen Batteriezellen mit einer Kapazität von 400 Wh/kg gebaut werden, allerdings nur in einer kleinen Serie.
Das Unternehmen wurde 2016 gegründet. Der mittlerweile 85-jährige Gründer Liquan Chen begann allerdings bereits 1976, sich mit dieser Art von Batterien auseinanderzusetzen - nämlich am Max-Planck-Institut für Festkörperforschung in Deutschland. Er gilt als Gründungsvater der Festkörpertechnologie in China.
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