Was ist ein Feststoffakku?

Elektromobilität ist die Antriebsart der Zukunft. Hindernisse sind für viele aber noch die vermeintlich geringe Reichweite und langen Ladezeiten der Fahrzeuge. Eine neue Batterietechnologie soll dabei helfen, diese Probleme aus der Welt zu schaffen: Feststoffakkus.

Damit will der japanische Autobauer Nissan die E-Mobilität revolutionieren. Bis 2028 sollen die ersten Autos mit der neuen Technologie vom Band laufen (futurezone berichtete). Auch Unternehmen wie BMW und Mercedes entwickeln solche Feststoffakkus. Wir klären auf, was es damit auf sich hat.

Wie unterscheiden sich Feststoff-  von konventionellen Akkus?

Derzeit kommen in Elektroautos hauptsächlich Lithium-Ionen-Akkus zum Einsatz. Hier gibt es eine positive und eine negative Elektrode und Lithiumionen, die sich zwischen ihnen bewegen. Damit das funktioniert, ist eine leitfähige Substanz notwendig, das Elektrolyt. Das ist in momentan genutzten Akkus flüssig. In Feststoffakkus soll das, wie der Name schon sagt, aus Feststoff bestehen.

Was sind die Vorteile dieser Bauweise?

Die Batterien werden dadurch leichter und kompakter. „Lithium wird als Metall gespeichert, nicht als Ionen“, erklärt der Batterieexperte Bernhard Gadermaier von der TU Graz der futurezone. Aktuelle Akkus nutzen etwa Grafit an der Anode, um die Lithiumionen einzulagern. Das braucht viel Platz. Bei Feststoffbatterien fällt das weg, was die Bauweise deutlich schlanker gestaltet.

Warum ist das sicherer?

Ein Feststoffakku fängt bei einem Unfall nicht Feuer. Statt der Flüssigkeit wird eine Keramikstruktur verwendet, die nicht brennbar ist. „Die derzeit verwendeten Lithiumsalze im flüssigen Elektrolyt tragen zu einer höheren Reaktivität bei. Das sorgt bei einem Crash für einen Thermal Runaway, also eine Kettenreaktion nach einem Kurzschluss“, erklärt Mario Hirz, Experte für Elektromobilität an der TU Graz.

Dabei erzeugt ein beschädigter Akku so viel Wärme, dass er explosionsartig abbrennt und sich immer wieder entzünden kann. Deshalb werden beschädigte Elektroautos über einen langen Zeitraum in Wasser gelagert. So besitzt etwa die Feuerwehr Spezialcontainer, in denen die Fahrzeuge gelagert werden, bis keine Gefahr mehr besteht (z.B. bei einem Tesla-Crash in Tirol).

Wie viel effizienter soll das sein?

Das ist ein recht großes Mysterium. Der Batteriehersteller QuantumScape versprach etwa Anfang des Jahres, ein E-Auto mit ihrer Feststoffbatterie könne in 15 Minuten von 10 auf 80 Prozent geladen werden. Nach 400 Ladezyklen soll dieser Akku noch 80 Prozent seiner ursprünglichen Leistung haben.

Gegenüber Lithium-Ionen-Akkus soll außerdem die Speicherfähigkeit der Feststoffakkus um den Faktor 10 erhöht werden, erklärt Gadermeier. Die Hoffnung ist, die Batterien irgendwann so zu bauen, dass sie bei gleicher Größe doppelt so viel Reichweite bieten.

Welche Herausforderungen gibt es noch?

Die größte Hoffnung ist auch das größte Hindernis: die Effizienz. Zwar sollen die Akkus schneller laden, länger halten und mehr Energie speichern – das ist aber alles noch nicht möglich.

Flüssigkeiten leiten besser und bisher konnte kein Akku außerhalb eines Labors an die Leistung eines Lithium-Ionen-Akkus herankommen, so Hirz. Eine dünne Keramikstruktur mit einer so großen Oberfläche zu bauen, dass sie aktuelle Batterien übertrumpft, ist bisher noch nicht gelungen.

Wann kann man mit den ersten Feststoffakkus rechnen?

Trotz der Probleme sieht Hirz die Technologie als zukunftsweisend. Einen Durchbruch bei der marktfähigen Entwicklung bis 2025, wie BMW und QuantumScape ihn anpeilen, hält er für zu optimistisch. Nissans angepeiltes Jahr 2028 hingegen könne machbar sein.