Svolt Überherrn

Das Spin-off des chinesischen Automobilherstellers Great Wall Motors Svolt halt einen Batterie-Prototypen mit sulfidbasiertem Festkörper-Elektrolyt entwickelt. (Bild: Svolt)

Das Versprechen klingt verlockend: Reichweiten von 1.000 und mehr Kilometern sowie eine Energiedichte von mehr als 350-400 Wh/kg, wie sie Batteriehersteller Svolt ankündigt, liegen deutlich über den Werten, die aktuelle Lithium-Ionen-Batterien in Elektroautos leisten. Ermöglichen soll diese Werte die Festkörperbatterie, bei der die Elektrolyt-Flüssigkeit, wie sie in Lithium-Ionen-Akkus die Anode und Kathode verbindet, durch feste Materialien ersetzt wird. Für die Automobilbranche könnte diese Technik eine nächste Zündstufe für die Elektromobilität bedeuten. Zwar bieten auch die bewährten Lithium-Ionen-Akkus noch Potenzial, Feststoffbatterien gelten jedoch als sicherer, da sie nicht auslaufen können und nicht entzündlich sind.

Ganz so einfach ist der Weg in die Serie allerdings nicht, da es für eine Massenfertigung noch einige Hürden zu nehmen gilt. So steht etwa die entscheidende Frage im Fokus, welche festen Stoffe den optimalen Stromfluss ermöglichen. Neue Ergebnisse auf diesem Gebiet melden diesbezüglich derzeit die Hochschule Landshut als Teil des BMBF-Kompetenzclusters für Festkörperbatterien im Projekt FB2 POLY, wie auch der chinesische Batteriehersteller Svolt.

Feststoffe auf Basis von Polymeren

Im Rahmen des Projekts Zellplattform Polymere, kurz: FB2-POLY, wollen die Hochschule Landshut mit ihren Forschern am Technologiezentrum Energie (TZE) mit dem Helmholtz-Institut Münster, dem Helmholtz-Institut Ulm und dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT) neue Konzepte für leistungsfähige und sichere Batterien mit Feststoffen auf Basis von Polymeren wie Kunststoffen entwickeln. Das Projekt läuft voraussichtlich bis Oktober 2024 und ist Teil des BMBF-Kompetenzclusters Festkörperbatterien (FestBatt).

Die Hochschule Landshut übernimmt dabei unter anderem die Entwicklung einer lithiumfreien Anode, basierend auf der Technik des Elektrospinnings. Hierbei bildet sich die Lithium-Anode erst während des Aufladens ausgehend von dem Lithium aus der Kathode und löst sich beim Entladen wieder auf. Die Verwendung einer lithiumfreien Anode verspricht den Hochschulexperten zufolge erheblich geringere Produktionskosten für Batterien, da die Verarbeitung von metallischem Lithium komplexe Prozesse erfordere. Aus Anwendungssicht untersucht das Landshuter Team die Möglichkeit, die Laminierungstechnik für den Aufbau und die Verbindung von Festkörperbatterien mit einem Polymer als Elektrolyt zu nutzen. Ziel sei es, dieses Verfahren in die Großproduktion zu überführen.

Am Ende des Projekts wollen die Wissenschaftler des Kompetenzclusters Materialien bereitstellen, die Deutschland befähigen sollen, in Zukunft führend im Bereich der Batteriespeicher zu werden. Im Austausch mit der Industrie entwickeln sie Strategien, die im Rahmen einer Pilotfertigung angewendet werden sollen. Dabei wollen die Forschenden gleich von Anfang an die späteren Bedürfnisse der industriellen Entwicklung mitdenken.

Festkörperzellen von Svolt
Svolt hat eine erste Charge von 20Ah-Zellen mit sulfidbasiertem Festkörper-Elektrolyt produziert. (Bild: Svolt)

Svolt präsentiert sulfidbasierten Elektrolyt

Das chinesische Unternehmen Svolt setzt derweil ein eigenes Forschungs- und Entwicklungsteam für die Weiterentwicklung von Festkörperzellen ein. Man habe kürzlich eine erste Charge von 20Ah-Zellen mit sulfidbasiertem Festkörper-Elektrolyt produziert und sei der erste Batteriehersteller in China, der die Herstellung dieses Typs der Festkörperzelle demonstrieren konnte, heißt es beim Unternehmen. Dort nennt man als Herausforderungen die hohe Leitfähigkeit des Festkörperelektrolyten und der Trennschichten, die Aufrechterhaltung eines stabilen Kontakts der Grenzflächen über lange Zeiträume sowie die effiziente Übertragung von Lithium-Ionen an der Grenzfläche, auch bei hohen C-Raten.

Zellen mit sulfidbasiertem Festkörperelektrolyt seien Zellen mit Flüssigelektrolyt in Bezug auf Energiedichte, Ladegeschwindigkeit, Sicherheit, Zyklenfestigkeit und Temperaturbeständigkeit überlegen, heißt es bei Svolt. Demonstriert habe man dies durch erfolgreich absolvierte Abuse-Tests, etwa einem 200°C Hot-Box-Test und einem Nageldurchschlagtest. Diese Testbedingungen würden bei Flüssigelektrolyt-Zellen mit hohem Energieinhalt typischerweise ein thermisches Durchgehen der Zelle verursachen. Die neuen 20Ah-Zellen habe die Tests dagegen unbeschadet überstanden. Aktuell plant Svolt den weiteren Ausbau seiner Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten auf dem Gebiet der Festkörperbatterien wie auch bei neuen Prozesstechnologien, um die technologischen Grundlagen für die Massenproduktion weiterzuentwickeln.

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