Der Akku beschäftigt Elektroauto-Interessierte mehr als alles andere, da er für die Reichweite verantwortlich ist und hohe Kosten verursachen kann, wenn ein Defekt auftritt. Ferner ermöglicht er es dem E-Auto oder Plug-in-Hybrid, sich emissionsfrei fortzubewegen. Derzeit finden hauptsächlich Lithium-Ionen-Akkus ihren Einsatz, die allerdings mit einigen Nachteilen verbunden sind. Feststoffbatterien werden als der künftige Energieträger für E-Fahrzeuge gehandelt und versprechen mehr Sicherheit sowie eine höhere Lebensdauer.
Die Nachteile von Lithium-Ionen-Akkus
Die Zukunft gehört der Elektromobilität, wie es der Blick auf politische Entscheidungen und wissenschaftliche Veröffentlichungen offenbart. Aus gutem Grund gewinnen Klimaschutzinstrumente wie die Treibhausgasminderungsquote, die mit THG-Quote abgekürzt wird, an Bedeutung. Besitzer von reinen Batterieautos können seit dem 1. Januar 2022 durch die THG-Quote Geld für die eingesparten CO₂-Emissionen erhalten. Dazu wird das Elektrofahrzeug beim Energieversorger oder einem Abwicklungsunternehmen angemeldet. Über einen THG-Anbietervergleich kann eine hohe Prämie gesichert werden.
Dreh und Angelpunkt für die E-Mobilität ist die verfügbare Akkutechnologie. Lithium-Ionen-Batterien, die heutzutage überwiegend in Elektroautos verbaut werden, sind in der Lage, sehr viel Energie pro Kilogramm Eigengewicht zu speichern und diese Energie dann zuverlässig über einen längeren Zeitraum wieder abzugeben. Doch es gibt auch Nachteile bei den mobilen Energiespeichern: Es dauert oft Stunden, bis die Akkus wieder aufgeladen sind, und manchmal können Lithium-Ionen-Akkus zum Beispiel durch einen Kurzschluss Feuer fangen oder sogar explodieren.
Ein weiteres Problem ist, dass zur Herstellung endliche Ressourcen wie Kobalt, Lithium, Mangan, Nickel und Kupfer verwendet werden. Für eine positive Umwelt- und Energiebilanz müssen diese in ausreichendem Maße wiederverwertet werden. Außerdem stellt der Lithium-Abbau einen starken Eingriff in die Umwelt dar. Durch das notwendige Abpumpen von salzhaltiger Sole sinkt der Grundwasserspiegel und in der Umgebung von Abbaustätten entsteht regelmäßig eine lebensfeindliche Umgebung.
Feststoffbatterien – eine denkbare Lösung
Wissenschaftler forschen angesichts der Nachteile mit Nachdruck an Alternativen zum Lithium-Ionen-Akku. Feststoffbatterien könnten künftig die Lösung darstellen, wie eine Studie des Fraunhofer-Instituts für System und Innovationsforschung ISI in Karlsruhe offenbart. Die Studie zeigt die Potenziale und Marktchancen von Feststoffbatterien, aber auch die noch zu überwindenden Hürden, damit dieser Batterietyp
Die Funktionsweise von Feststoffbatterien ist ähnlich wie bei den klassischen Lithium-Ionen-Batterien. Auf Lithium-Ionen basieren auch die untersuchten Feststoffbatterien, die zuerst in größeren Stückzahlen auf den Markt kommen werden. Die Technologien unterscheiden sich jedoch voneinander. Heutige Lithium-Ionen-Batterien enthalten einen flüssigen Elektrolyten, also eine flüssige Komponente. Bei Feststoffbatterien wird dieser flüssige Elektrolyt durch einen festen Stoff, den sogenannten Festelektrolyten, ersetzt.
Die Vorteile des Festelektrolyts – und die bestehenden Hürden
Einerseits entfällt bei Festelektrolytbatterien die Gefahr von auslaufenden brennbaren Flüssigkeiten, da diese in der Regel nicht enthalten sind. Zwar können immer noch andere Bauteile der Batterie zu Störungen und Bränden führen, aber zumindest ist ein Risikofaktor ausgeschlossen. Andererseits bieten Feststoffbatterien möglicherweise höhere Energiedichten, das heißt, sie können mehr Energie auf gleicher Grundfläche, im gleichen Volumen oder unter denselben Abmessungen speichern.
Kürzeste Ladezeiten, enorme Reichweiten, höchste Brandsicherheit und niedrige Kosten versprechen die neuen Feststoffbatterien den Automobilherstellern und ihren Kunden. Fast alle großen Automobilhersteller setzen große Hoffnungen in diese Technologie. Nissan hat bereits angekündigt, 2024 mit einer Pilotproduktion zu beginnen und 2028 das erste Serienfahrzeug auf den Markt zu bringen. Andere Hersteller haben noch ehrgeizigere Ziele formuliert.
Eine der Hauptaufgaben der Industrie ist noch die Großserienfertigung. Nissan behauptet niedrigere Kosten im Vergleich zur Flüssigbatterie, der praktische Beweis steht aber noch aus. Andere Experten rechnen mit höheren Preisen für Festkörperzellen. Wie sich das Preis-Leistungs-Verhältnis der neuen Technik in ihren verschiedenen möglichen Varianten in Zukunft darstellen wird, bleibt letztlich abzuwarten. Darüber hinaus werden noch unterschiedliche Materialkombinationen ausgiebig getestet, sodass die tatsächliche Leistungsfähigkeit des Endproduktes noch nicht abgesehen werden kann.
