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Festkörper-Akku Trockenkathoden-Batterien gehen in Testphase

Von Dipl.-Ing. (FH) Michael Richter und Sven Prawitz 3 min Lesedauer

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Tesla bestätigte kürzlich den Test eines neuen Modells des Cybertrucks. Die Besonderheit: Es werden Trockenkathoden-Batterien eingesetzt. Doch was bringt die Technik?

Kantig, auffallend, kalt – Der Cybertruck ist Teslas kontrovers diskutiertes Modell.(Bild: Tesla, Inc.)
Kantig, auffallend, kalt – Der Cybertruck ist Teslas kontrovers diskutiertes Modell.
(Bild: Tesla, Inc.)

In den USA testet Tesla eine Cybertruck-Variante mit Trockenkathoden-Batterien. Diese sind auch bekannt als Festkörperbatterien oder Solid-State-Batterien. Sie bieten gegenüber herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien eine Reihe von Vorteilen. Sie besitzen eine höhere Lebensdauer, eine höhere Energiedichte und können dazu noch schneller geladen werden. Es klingt nach dem heiligen Gral der Batterie-Entwicklung.

Hierzu hat Tesla vor fünf Jahren das Unternehmen Maxwell erworben, welches sich auf die Trockenkathoden-Technik spezialisiert hat. Bei dieser werden feste Kathoden und ein festes Elektrolyt verwendet, anstelle der herkömmlichen flüssigen Elektrolyten. Bei diesen Batterien wird die Kathode, die normalerweise eine Mischung aus verschiedenen Materialien wie Nickel, Mangan und Kobalt ist, in fester Form verwendet, oft als dünne Folie oder Schicht. Diese feste Kathode ist mit einem festen Elektrolyten verbunden, der Ionen zwischen der Kathode und der Anode transportiert.

Maxwell soll Tesla Innovationsschub geben

Diese Konstruktion ermöglicht eine höhere Energiedichte und verbesserte Sicherheit, da das Risiko von Leckagen oder Bränden durch flüssige Elektrolyten eliminiert wird. Maxwells Technik will die Energiedichte und die Ladezyklenstabilität durch fortschrittliche Materialien und Produktionsmethoden verbessern.

Eigentlich arbeitet Tesla im Bereich der Batteriezellen ausschließlich mit Panasonic zusammen. Die erste Gigafactory in Nevada entstand in Zusammenarbeit mit dem Zulieferer. Durch die Übernahme von Maxwell legte Tesla jedoch den Grundstein für eine eigene Zellproduktion. Das Know-how des Unternehmens liegt auf dem Trockenelektroden-Beschichtungsverfahren. Ursprünglich für die Produktion von Superkondensatoren entwickelt, ist es nun offenbar serienreif für die Batteriezellen-Herstellung.

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Festkörper-Zellen im 4680-Format

Als Format für die Trockenkathoden-Batterien werden 4680-Zellen verwendet. Die Batterien haben günstigere Produktionskosten, weshalb sie potenziell günstiger sind als herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien. Der Verzicht auf den teuren und energieintensiven Brennprozess sowie der Wegfall von toxischen Lösungsmitteln senkt die Produktionskosten erheblich. Außerdem sinkt dabei die Umweltbelastung deutlich.

Tesla setzt bei Akkuzellen auf internes Wissen. Dies reduziert die Abhängigkeit von externen Zulieferern und bietet mehr Kontrolle über die Lieferkette, was zu weiteren langfristigen Kosteneinsparungen führen kann. Für den Cybertruck konkret könnte das bedeuten, dass künftig die Batterie günstiger und das Fahrzeug leistungsfähiger wird. Außerdem könnte die verbesserte Sicherheit durch den Wegfall flüssiger Elektrolyten ein wichtiges Verkaufsargument für Elektrofahrzeuge im Allgemeinen sein. (mr)

Festkörper-Akku von Samsung SDI

Im März veröffentlichte Samsung SDI seinen Zeitplan für eigene Festkörper-Batterien. Die Energiedichte soll um 40 Prozent über dem Niveau der P5-Li-Ion-Akkus liegen, dem aktuellen Serienprodukt des Zulieferers.
Die künftigen Akkuzellen sollen ein selbst entwickeltes, festes Elektrolyt nutzen und komme ohne Anoden aus. Letzteres ermöglicht laut Samsung eine höhere Kathodenkapazität.
Samsung SDI produziert nach eigenen Angaben momentan Prototypen. Der Serienstart ist für das Jahr 2027 geplant.

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