Lithium-Ionen Akkus haben viele Vorteile. Sie haben keinen Memory-Effekt und können immer mehr Energie aufnehmen. Die Megafabrik von Tesla wird zudem den Preis ordentlich drücken. Festkörper-Akkus mit einem Elektrolyten aus festem Material könnten eine Wende einläuten.

Festkörper-Akkus noch in der Entwicklung

Toyota ist eine der Firmen, die mit Hochdruck an einer neuen Generation von Akkus forschen um damit die eigenen Elektrofahrzeuge anzutreiben. Im Festkörper-Akku strömen die Lithium-Ionen auf ihrem Weg zwischen der Anode und der Kathode nicht mehr durch eine Flüssigkeit (Elektrolyt). Das Verbindungsmedium ist eine dünne Schicht eines Feststoffes, bisher meist Glas-Keramik. Dieser Umstand spart Platz, da eine Schichtung der Akkus wie eine Lasagne möglich ist. Festkörper-Akkus beinhalten allerdings auch Lithium, sodass derzeit besonders gefährdete natürliche Lebensräume, wie etwa der Salar de Uyuni in Bolovien, von einem Abbau vermutlich nicht verschont bleiben.

Eine verheißungsvolle, technologische Zukunft

Die angesprochene Schichtung spart viel Platz und damit auch Gewicht. Eine beliebige Miniaturisierung und deutlich flexiblere Bauformen als bei den bisherigen Lithium-Ionen-Akkus mit flüssigem Elektrolyten, soll ebenfalls möglich sein. Festkörper-Akkus verfügen über eine deutlich höhere Energiedichte, was größere Reichweiten bei geringerem Gewicht zur Folge hat. Zudem erfolgt die Ladung schneller, als bisherige Lithium-Ionen-Akkus. Das feste Material reduziert die Brandgefahr auf ein Minimum, da brennbare Lösungsmittel nicht benötigt werden. Zudem kann bei Kälte nichts mehr gefrieren, was das Beheizen der Akkus im Winter überflüssig machen könnte und die Reduzierung der Reichweite im Winter herabsetzt – könnte, weil die normale Betriebstemperatur derzeit noch sehr hoch ist.

Die Hürden in die Zukunft

Die Energiedichte im Akku (die Menge der Energie, die speicherbar ist) hängt von der Menge des verwendeten Lithiums an der Anode ab. Allerdings ist Lithium schwer und bei Benutzung bildet es Dendriten aus, ähnlich wie die Äste eines Baumes. Wachsen die Dendriten zur Kathode kommt es zum Kurzschluss. Das Wachstum kann durch eine Umhüllung aus Graphit unterbunden werden. Allerdings senkt Graphit wiederum die Energiedichte. Demnach benötigt man einen Elektrolyten der das Dendritenwachstum unterbindet. Bosch scheint ein geeignetes Material gefunden zu haben, schweigt jedoch über Details.

Eine Betriebstemperatur von 80°C ist derzeit noch erforderlich für den Einsatz in Elektrofahrzeugen, denn der feste Elektrolyt leitet Strom nicht sonderlich gut. Das bedeutet, die gespeicherte Energie wird nicht schnell abgegeben. Dies würde die Beschleunigung von Fahrzeugen verlangsamen. Leider konnte ich nicht feststellen, welche Beschleunigung möglich wäre. Die rekordverdächtigen Zeiten von 0 auf 100 km/h bei heutigen Serien-Fahrzeugen müssen meiner Ansicht nach in der Zukunft nicht unbedingt fortbestehen.

Wann ist ein Einsatz absehbar?

Bosch möchte die neuen Akkus ab 2020 auf den Markt bringen und Toyota möchte ab 2022 einige Modelle mit den Festkörper-Akkus bestücken. Ob das gelingt bleibt abzuwarten.

In Frankreich fahren bereits Autos der Firma Bluecar, die verdächtig nach den Kleinwagen von Citroen aussehen, mit Festkörper-Akkus. Ein 30 kWh-Akku mit 300 kg Gewicht bringt die Fahrzeuge auf 250 km in der Stadt und 150 km über Land. Von 0 auf 60 km/h braucht ein Fahrzeug 6,3 Sek und ist bei 120 km/h abgeriegelt. Der Akku kann in einem Temperaturbereich von -20°C bis + 160°C betrieben werden, wobei die Innentemperatur bei 60-80°C gehalten wird. Laut Webseite beträgt die Lebensdauer beeindruckende 400.000 km.

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