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Deutsche Forscher sollen den Feststoff-Akku knacken

Mit dem Feststoff-Akku soll sich die Reichweite eines Elektroautos um ein Vielfaches steigern. Allerdings stammen die meisten Innovationen rund um die Festkörper-Batterie nicht aus Europa, sondern aus dem asiatischen Raum. Mit dem neugestarteten Projekt ASTRABAT will die EU das nun ändern.

Bei ASTRABAT handelt es sich um ein europäisches Verbundprojekt, an dem sich vierzehn Partner aus acht EU-Ländern beteiligen. Die Koordination der Zusammenarbeit hat die französische Forschungseinrichtung Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (kurz CEA) übernommen. Gefördert wird das ambitionierte Vorhaben von der EU mit immerhin knapp acht Millionen Euro.

Ziel des vierjährigen Projektes ist laut Pressemitteilungdes Fraunhofer-Institut für Silicatforschung: Die Entwicklung einer "sicheren, hochenergetischen, nachhaltigen und marktfähigen Lithium-Ionen-Zellentechnologie, die in Europa in großem Maßstab hergestellt werden kann." Im Mittelpunkt des Geschehens steht ein neuartiger Festkörperelektrolyt, der mit den Hochenergie-Elektrodenmaterialien der nächsten Generation kompatibel ist. Darüber hinaus soll der Festkörperelektrolyt die Verarbeitung in etablierten Produktionsverfahren ermöglichen.

Bemerkenswert ist dabei, dass die Initiatoren einen Festkörperelektrolyten mit organischen und anorganischen Komponenten herstellen wollen. Durch den Hybridansatz kann der Elektrolyt für den Einsatz an der Grenzfläche zwischen Anode und Kathode optimiert werden. Die Verarbeitbarkeit der aus dem Elektrolyt hergestellten Komponenten hängt dabei stark von dessen Materialeigenschaften ab, wie in der Pressemitteilung hervorgehoben wird.

Die gesteckten Hauptziele des Projekts sind:

  • Entwicklung von Materialien für einen Festkörper-Hybridelektrolyten und Elektroden, die hochenergetische, hochvolumige und zuverlässige Lithium-Ionen-Festkörperzellen ermöglichen
  • Anpassung der Entwicklung neuer Festkörperbatterien an ein konventionelles Verfahren zur Herstellung von Elektroden in Lithium-Ionen-Zellen
  • Entwurf einer Festkörperbatterie-Architektur für die nächste Generation von Lithium-Ionen-Batterien für das Jahr 2030
  • Definition einer effizienten Zellenarchitektur zur Erfüllung verbesserter Sicherheitsanforderungen
  • Schaffung einer neuen Wertschöpfungskette von Festkörperbatterien, einschließlich Ökodesign, End-of-Life und Recycling

Das Frauenhofer-Institut – ganz vorne bei der Batterieforschung dabei

Das Fraunhofer-Institut für Silicatforschung (kurz ISC) in Würzburg ist mit seinem Forschungs- und Entwicklungszentrum für Elektromobilität (kurz FZEB) nicht nur bei ASTRABAT mit an Bord. Die Würzburger sind an mehr als einem Dutzend Projekten im Bereich der Batterieforschung und -entwicklung auf nationaler und europäischer Ebene beteiligt.

Die Wissenschaftler haben es dabei zur Aufgabe gemacht, Materialien zu entwickeln, die die genannten Anforderungen erfüllen. Damit hoffen die Forscher einen wesentlichen Beitrag zum Projekterfolg von ASTRABAT und zur Entwicklung einer europäischen Festkörperbatterie leisten zu können.

Letztendlich hoffen alle Beteiligten, den nicht unerheblichen Vorsprung der Asiaten in Sachen Feststoff-Akku mit einem innovativen Konzept wieder wettzumachen.

Der Festkörper-Akku – wann die innovative Entwicklung in Serie geht

Als die führende Kraft bei der Entwicklung des Feststoff-Akkus gilt der Autobauer Toyota. Lange bevor die Corona-Pandemie alles durcheinanderwirbelte, hatten die Japaner bereits angekündigt, einen Feststoff-Prototypen bei den olympischen Spielen in Tokio zu zeigen. Obwohl dieser Termin nun abgesagt werden musste, arbeiten die Wissenschaftler bei Toyota unermüdlich weiter. Der Plan, den Feststoff-Akku schon bald in einer neuen Elektroauto-Plattform zu verbauen, genießt bei den Japanern nach wie vor hohe Priorität. Die ersten Fahrzeuge, die auf dieser Plattform basieren, könnten schon 2023 auf dem europäischen Markt erscheinen.

In Deutschland ist man dagegen nicht ganz so optimistisch. Continental-Chef Elmar Degenhart vertritt sogar die Ansicht, dass Festkörper-Akkus nicht vor 2030 serienreif sein werden. Aber egal, ob in drei oder in zehn Jahren: Serienfähige Festkörper-Akkus gelten als der nächste wichtige Quantensprung in der Elektromobilität.

Parallel versucht der US-Autobauer Tesla derzeit, kobaltfreie Batterien für Elektroautos zu produzieren, die eine Million Meilen halten sollen. Die Batterien sollen über eine größere Energiedichte und Speicherkapazität verfügen. Da die Batterien kobaltfrei sind, würden sie zudem deutlich weniger kosten als die gegenwärtigen Lithium-Ionen-Batterien. Der Abbau der Kobalt-Reserven gestaltet sich sehr schwierig, weshalb das Material neben Lithium zu den teuersten Bestandteilen der Batterien zählt.

Übrigens: Erfunden hat die sagenumwobene Festkörper-Batterie der amerikanische Physiker John Goodenough, der ganz nebenbei auch der Erfinder der Lithium-Ionen-Batterie ist. Und geistige Tätigkeit hält ganz offensichtlich jung und fit, denn Goodenough, der für seine Verdienste 2019 den Nobelpreis für Chemie entgegennahm, ist stolze 98 Jahre alt.

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