Batterietechnik – Durchbruch bei der Feststoff-Batterie

Lithium-Ionen-Batterien kommen zurzeit bei nahezu allen neu vorgestellten Elektroautos zum Einsatz. Trotzdem sind sie wohl nur ein Zwischenschritt auf dem Weg zum idealen Energiespeicher. In Zukunft könnten Lithium-Feststoff-Batterien zum Einsatz kommen. Toyota hat jetzt in Japan den Prototyp einer Lithium-Feststoff-Batterie vorgestellt, wie das japanische Technikmagazin Tech-On berichtet.

Bei dieser Batterie besteht die Zelle aus vier Lagen, die jeweils eine positive und eine negative Elektrode sowie einen festen Elektrolyten beinhalten. Jede Lage ist extra beschichtet und leistet 3,6 Volt. Daraus ergibt sich eine Zell-Leistung von 14,4 Volt.. Die Zellen sind in einem flachen Gehäuse platziert, das nur 10 x 10 Zentimeter misst.  

Die Elektroden und Elektrolyte bestehen aus Lithium-Cobalt-Dioxyd (LiCoO2) sowie Graphit und Sulfiden. Ein Vorteil der Lithium-Feststoff-Technologie gegenüber herkömmlichen Lithium-Ionen-Speichern ist ihre Eigenschaft, schnell Energie aufnehmen und hohe Leistungen verarbeiten zu können. Daraus resultiert im Vergleich zu bisherigen Lösungen letztlich eine höhere Ausgangsleistung.

Wesentlicher ist aber ihre Hitzebeständigkeit. Auch bei Temperaturen um 100 Grad Celsius arbeitet eine solche Batterie noch sicher, während flüssigkeitsgefüllte Batterien, wie zum Beispiel die Lithium-Ionen-Speicher, dann schon in Brand geraten können oder die flüssigen Bestandteile zu kochen beginnen. Entsprechend kann eine Lithium-Feststoff-Batterie einfacher aufgebaut werden, weil sie keine aufwendige Kühlung benötigt. Und dies wiederum heißt: Weniger Platzbedarf bei gleicher Leistung, oder mehr Leistung bei gleichem Platzbedarf. In letzterem Fall steigt die Speicherleistung im Vergleich zur aktuellen Batterietechnik und damit die Reichweite des Fahrzeugs.

Schwierigkeiten bereitet noch die chemische Reaktion zwischen den Oberflächen der positiven Elektroden und der festen Elektrolyten und der daraus resultierenden wachsenden elektrischen Widerstände in der Zelle. Toyota hat nun mit Hilfe des japanischen „National Institute of Materials Science“ (NIMS) ein keramisches Material entwickelt, das die positive Elektrode wirksam vor dieser chemischen Reaktion schützt, berichtet Tech-On. Die Beschichtung soll die chemische Reaktion zu 99 Prozent verhindern.

Wann aus dem Prototyp eine  Serienbatterie werden kann, ist noch nicht bekannt. Wissenschaftler des Fraunhofer Instituts rechnen damit, dass Lithium-Feststoff- oder Lithium-Luft-Batterien in 10 bis 15 Jahren marktreif sein werden.