Festkörperbatterie: Forscher verkürzen Ladezeiten deutlich

Festkörperbatterie: Forscher verkürzen Ladezeiten deutlich

Noch ist die Festkörperbatterie ein Versprechen der Zukunft – über das Labor hinaus haben es die Zellen noch nicht geschafft. Doch die Autobauer planen schon im nächsten Jahrzehnt mit ihnen. Und Jülicher Forscher haben schon jetzt einen entscheidenden Schritt gemacht.

Energiespeicher | Von Susanne Frank |

Hermann Tempel arbeitet am Forschungszentrum Jülich an der Zukunft der Elektromobilität. Er und seine Kollegen forschen an der Entwicklung einer Festkörperbatterie. Sie soll die heute noch üblichen Lithium-Ionen-Akkus ablösen, Toyota hat ihren Einsatz schon in den kommenden fünf Jahren angekündigt. Mercedes plant in den kommenden Jahren, seinen Elektro-Bus eCitaro auf Wunsch auch mit Festkörperbatterien auszurüsten.

Den Jülicher Forschern ist nun ein kleiner Durchbruch gelungen – die Ladezeiten sollen durch neue Materialien, unter Anderem verschiedene Phosphatverbindungen, deutlich sinken. Und das bei einem größeren Stromfluss. Der entscheidende Schritt hin zur Massenfertigung soll binnen drei Jahren gemacht sein. Wir haben uns deshalb mit Tempel unterhalten.

Edison: Die Festkörperbatterie gilt schon länger als erhoffter Meilenstein für die Elektromobilität. Nun sollte sie auch bald kommen – wie lange müssen wir noch warten?
Tempel: Diese Akkus werden aktuell mit Hochdruck für Elektromobile der übernächsten Generation entwickelt.

Sie forschen seit Jahren intensiv an der Technologie. Worin liegt ihr Vorteil?
Bisherige Lithium-Ionen-Akkus enthalten Flüssigkeiten. Die können auslaufen, explodieren oder in Brand geraten. Festkörperbatterien hingegen sind unempfindlich gegen Hitze und damit sicherer und zuverlässiger.

Klingt gut, wo ist der Haken?
Bislang war die geringe Stromstärke einer der Knackpunkte in der Entwicklung. Deshalb dauerte es mindestens zehn Stunden, eine Festkörperbatterie zu laden. Der von uns entwickelte neue Zelltyp braucht nur noch weniger als eine Stunde für die volle Ladung.

Was machen Sie anders?
Wir haben eine günstige Kombination für die eingesetzten Materialien gefunden. Die einzelnen Teile der Zelle sind nun aus verschiedenen Phosphatverbindungen gefertigt, die sich alle sehr ähnlich sind. Damit haben wir zehnmal höhere Laderaten erreicht.

Was ist an Ihrem Patent so innovativ?
Bei Lithium-Ionen-Akkus ermöglicht ein flüssiger Elektrolyt die gute Leitfähigkeit. Zwei Festkörper hingegen lassen sich grundsätzlich nicht so lückenlos miteinander verbinden. Deshalb fällt der Übergangswiderstand zwischen den Elektroden und dem Elektrolyten hier höher aus. Wir haben es jetzt durch besonders abgestimmte Materialien geschafft, dennoch einen möglichst hohen Stromfluss zu ermöglichen.

Die verwendeten Materialien sind zudem recht preisgünstig und relativ leicht zu verarbeiten. Und anders als herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien kommen die neuen Festkörperbatterien weitgehend ohne giftige oder bedenkliche Stoffe aus.

Ihre Forschungsgruppe hat drei Jahre an dem neuen Material gearbeitet. Wie geht es weiter?
Wir werden als nächstes nach Wegen suchen, dieses Ergebnis in die Massenproduktion zu bringen. Noch ist die Herstellung der neuen Batterien viel zu teuer, weil wir nur Einzelstücke bauen.

Wird die Festkörperbatterie ausschließlich in Autos eingebaut werden?
Wir glauben, dass sie sich überall dort durchsetzen wird, wo langlebige Betriebsdauer und sicherer Betrieb notwendig sind. Das kann auch die Medizintechnik sein oder sogar das Smartphone und Laptop.

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