Festkörperbatterie
Eine Festkörperbatterie ist ein Akku, in dem der Strom im Inneren nicht durch eine Flüssigkeit wandert, sondern durch ein festes Material. Das soll Akkus sicherer machen und mehr Energie auf gleichem Raum unterbringen – die Serienfertigung ist aber noch schwierig.
Ein Akku speichert Strom und gibt ihn später wieder ab. In seinem Inneren wandern dabei winzige elektrisch geladene Teilchen von einer Seite zur anderen. In heutigen Handy- und Autoakkus schwimmen diese Teilchen durch eine Flüssigkeit, ein Lösungsmittel mit gelösten Salzen. Genau diese Flüssigkeit ersetzt eine Festkörperbatterie durch ein festes Material, meist eine Keramik oder einen speziellen Kunststoff. Die Teilchen wandern dann durch einen Feststoff hindurch, ähnlich wie Wasser durch einen porösen Stein sickert. Alles andere am Aufbau bleibt im Grunde gleich.
Was am Elektrolyt aus Flüssigkeit stört
Die Flüssigkeit im Inneren heutiger Akkus heißt Elektrolyt. Sie ist brennbar. Wird eine Zelle beschädigt, überhitzt oder falsch geladen, kann sie sich selbst immer weiter aufheizen. Fachleute nennen das thermisches Durchgehen. Genau das steckt hinter den Bildern von brennenden Elektroautos und explodierten Handyakkus. Ein fester Elektrolyt aus Keramik brennt nicht, und das entschärft dieses Risiko deutlich.
Der zweite Grund ist die Reichweite. Ein fester Elektrolyt erlaubt es, an einer Seite der Zelle reines Lithiummetall zu verwenden. Dieses Metall speichert auf gleichem Gewicht deutlich mehr Energie als das Graphit heutiger Zellen. Hersteller rechnen mit bis zu doppelt so viel Energie pro Kilogramm. Für ein Elektroauto hieße das: gleiche Reichweite bei halbem Akkugewicht, oder deutlich mehr Reichweite beim gleichen Gewicht.
Dazu kommt das Laden. Feste Elektrolyte vertragen höhere Temperaturen. Prototypen sollen in etwa zehn Minuten von zehn auf achtzig Prozent laden. Ob das im Alltag über tausende Ladezyklen hält, ist bislang nicht bewiesen.
Warum der feste Elektrolyt so schwer zu bauen ist
In einer Flüssigkeit ist der Kontakt zu den Elektroden automatisch perfekt. Flüssigkeit fließt in jede Ritze. Zwei feste Materialien dagegen berühren sich immer nur an wenigen Punkten. Unter dem Mikroskop ist selbst eine glatte Oberfläche ein Gebirge. An diesen Lücken kommen die geladenen Teilchen nicht durch, und der Innenwiderstand steigt. Viele Prototypen müssen deshalb mit hohem Druck zusammengepresst werden, teils mit mehreren Tonnen pro Quadratzentimeter.
Ein zweites Problem sind Dendriten. So heißen feine Metallfäden, die sich beim Laden auf der Lithiumseite bilden. Wachsen sie durch den Elektrolyten hindurch, verbinden sie beide Seiten der Zelle und verursachen einen Kurzschluss. Man hatte lange gehofft, dass eine harte Keramik sie einfach aufhält. In der Praxis kriechen die Fäden durch mikroskopisch kleine Risse.
Hinzu kommt, dass sich die Elektroden beim Laden und Entladen ausdehnen und wieder zusammenziehen. Eine Flüssigkeit macht das mühelos mit. Eine Keramikschicht bekommt dabei Risse. Die Materialforschung sucht deshalb nach Elektrolyten, die leitfähig, stabil und trotzdem etwas nachgiebig sind. Sulfide gelten hier als aussichtsreich, reagieren aber empfindlich auf Luftfeuchtigkeit.
Wer daran arbeitet und wann sie im Auto steckt
Im Alltag kann man Festkörperbatterien bisher praktisch nicht kaufen. Es gibt sie in Kleinstform in manchen Sensoren und medizinischen Implantaten. Alles andere sind Prototypen und Pilotlinien. Wenn in den Nachrichten von einer Festkörperbatterie im Handy oder Auto die Rede ist, geht es fast immer um eine Ankündigung, nicht um ein Produkt im Laden.
In den Wirtschaftsnachrichten taucht der Begriff trotzdem ständig auf. Toyota, Nissan, Samsung SDI, CATL und das US-Unternehmen QuantumScape nennen regelmäßig Zieljahre für eine Serienproduktion, meist irgendwo zwischen 2027 und 2030. Solche Termine wurden in der Vergangenheit oft verschoben. Für Anleger ist das relevant, weil an dieser Technik hängt, wer in zehn Jahren die Batterieproduktion beherrscht.
Wichtig ist noch eine Abgrenzung. Viele angekündigte Zellen sind Halbfestkörperbatterien. Sie enthalten noch etwas Gel oder Flüssigkeit und sind ein Zwischenschritt. Nur eine echte Festkörperbatterie kommt ganz ohne flüssigen Elektrolyt aus. Wer Meldungen liest, sollte auf dieses Detail achten.