NIO und die Feststoffbatterie

Elektrofahrzeuge werden bisher von Lithium-Ionen-Batterien mit flüssigen Elektrolyten mit Strom versorgt. Seit einigen Jahren ist die Rede von einer neuen Batterietechnologie mit festen Elektrolyten, die bestimmte Vorteile mit sich bringen soll – darunter erheblich höhere Reichweiten. Die Implementation in den Markt gestaltet sich noch schwierig, auch wenn ein chinesisches Start-up zielstrebig vorstößt.

Ob Unterhaltungselektronik oder Elektromobilität: Überall dort, wo aufladbare Akkumulatoren verbaut sind, kommen Lithium-Ionen-Batterien zum Einsatz. Diese stellen in einem kleinen Speicher verhältnismäßig viel Energie bereit und verlieren über viele Ladezyklen hinweg wenig ihrer Kapazität. Der Batterietyp stößt jedoch mittlerweile an seine Grenzen, das Entwicklungspotenzial scheint ausgereizt. Die Suche nach neuen Batteriekonzepten ist in vollem Gange.

Eine vielversprechende Zukunftstechnologie ist die Feststoffbatterie, zu der weltweit Studien laufen. Sie unterscheidet sich von der herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterie im Wesentlichen dadurch, dass sowohl Elektroden als auch Elektrolyte in der Batterie nicht flüssig sind, sondern sich in festem Zustand befinden. Festelektrolyte können beispielsweise aus Kunststoffpolymeren oder Glas bestehen und haben – genau wie flüssige Elektrolyte – die Aufgabe, Ionen zwischen Katode und Anode zu leiten.

Die festen Elektrolytstrukturen bringen einige Vorteile mit sich.

Auf der einen Seite sind sie durch den geringeren Bedarf an Kühlungs- und Sicherheitseinrichtungen leichter und platzsparender, auf der anderen Seite kann auf gleichem Raum ein Vielfaches mehr an elektrischer Energie gespeichert werden, da die Energiedichte höher ist. Dadurch lassen sie ein filigranes Design mit niedrigem Gewicht zu und nehmen, um ein verkehrsübliches Energievolumen bereitzustellen, weniger Platz ein. Zudem wird Festelektrolyten nachgesagt, in ihrer Wirkungsweise nicht temperaturabhängig zu sein, auch wenn hierzu gegensätzliche Meinungen bestehen. Gleichzeitig soll die gerade bei Elektroautos in der Vergangenheit häufig medial thematisierte Brandgefahr wegfallen, da sich die festen Materialien schwerer entflammen lassen. Feststoffbatterien gelten also als zuverlässiger und sicherer als Lithium-Ionen-Batterien mit flüssigen Elektrolyten.

So verheißungsvoll die Feststoffbatterie klingt, so schwierig gestaltet sich auch ihr Markteintritt. Es bestehen noch einige Unsicherheiten, die eine baldige Serienfertigung bremsen – allen voran die bisher fehlende Möglichkeit, die Akkus ausreichend außerhalb des Labors zu testen.

Laut einiger Expertenteams könnte es noch bis zu zehn Jahre dauern, bis eine Serienverfügbarkeit von Feststoffbatterien erreicht ist. Zu viele Entwicklungs- und Produktionsschritte auf unbekanntem Terrain müssen noch erfolgen, bis die klassische Lithium-Ionen-Batterie mit flüssigen Elektrolyten abgelöst werden kann.

Zusätzlich ist der Preis ein Faktor, der über die Zukunft der Feststoffbatterie entscheidet: Aufgrund des Umstands, dass reines Lithium verwendet werden muss, erhöht sich die benötigte Menge. Bei gleicher Kapazität sind sogar 20% mehr reines Lithium erforderlich als bei einem aktuellen Lithium-Ionen-Akku.

Neben einigen europäischen und ostasiatischen Branchenvertretern, unter anderem Volkswagen in Kooperation mit QuantumScape, ist auf Seiten der Feststoff-Pioniere vor allem das chinesische Start-up NIO zu nennen, das bereits fünf Serienfahrzeuge mit batterieelektrischem Antrieb produziert.

Mit dem ET7, der im vergangenen Januar für das Jahr 2022 angekündigt wurde, befindet sich nun nach einem Sportwagen und drei Crossover-Modellen eine Oberklasse-Limousine (480 kW/653 PS) im Unternehmensportfolio.

Die Reichweite des ET7 wird dank der verbauten Feststoffbatterie laut NEFZ-Zyklus auf 1.000 Kilometer geschätzt – mit den Worten des ADAC - eine deutliche Kampfansage an Tesla. Zusätzlich soll das Modell die dritte Stufe des autonomen Fahrens erreichen.

Neben der neuen Technologie klingt auch die Ladelösung des NIO ET7 vielversprechend.

Um den „Boxenstopp“ der Schnelligkeit des Tankens von Benzinern anzunähern, hat NIO ein Akku-Wechselsystem installiert. Anstelle des Ladens an der Ladesäule dient eine waschstraßenartige, automatisierte Wechselstation dazu, den leeren Akku gegen einen vollen einzutauschen und die Fahrt fortzusetzen. Die leere Batterie wird vor Ort aufgeladen und kann, sobald sie den Höchststand erreicht hat, vom nächsten Passierenden aufgenommen werden. Der gesamte Vorgang nimmt nur wenige Minuten in Anspruch.

Obwohl NIO mit dem ET7 einen spannenden Vorstoß wagt, ist nicht davon auszugehen, dass die Feststoffbatterie bereits in Kürze die Elektrobranche umkrempeln wird. Es gibt noch zu viele Unsicherheiten und Unwägbarkeiten, um einen schnellen Markteintritt zu vollziehen. Dennoch hat die Technologie das Potenzial, auf lange Sicht eine wichtige Rolle im Mobilitätssektor einzunehmen. Die Erfahrungswerte, die der NIO ET7 im Betrieb generieren wird, werden für die weitere Entwicklung von großer Relevanz sein.