VW-Partner macht Fortschritte, die Serienproduktion ab 2024 rückt näher
QuantumScape, das auf Festkörperbatterien spezialisierte Unternehmen aus Kalifornien, gab laut einem Bloomberg-Artikel am gestrigen Dienstag (27. Juli) bekannt, dass man nun eine Zelle mit zehn Schichten testet.
Im Februar hatte QuantumScape verkündet, dass man nun mehrschichtige Festkörperbatterie-Zellen bauen könne. Damals war man bei vier Schichten. Auch wenn es bis zur Serienreife noch ein weiter Weg ist, hat die Technologie also einige technische Hürden genommen.
“Wir müssen zwar noch viel mehr solcher Zellen herstellen und testen, um Daten und Statistiken zu ihrer Leistung und Zuverlässigkeit zu sammeln, aber dies ist ein äußerst wichtiges Ergebnis“, schrieb QuantumScape nun in einem Brief an die Aktionäre.
Keramiken oder Polymere als feste Elektrolyten
Bei Festkörperbatterien (Solid State Batteries, SSBs) wird der derzeit eingesetzte flüssige Elektrolyt durch einen Feststoff ersetzt. Zu den Anforderungen an den Elektrolyten gehören nach einem Artikel in der Keramischen Zeitschrift (PDF) eine gute Durchlässigkeit für Lithium-Ionen, ein hoher elektronischer Widerstand, sowie ein guter mechanischer Kontakt an den Grenzflächen zur den Elektroden.
Als Beispiele für Festkörperelektrolyt-Materialien nennt Daniel Mutter vom Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM die Stoffe Lithium-Germanium-Phosphorsulfid (LGPS, Li10GeP2S12) und Lithium-Aluminium-Titan-Phosphat (LATP, Li1,3Al0.3Ti1,7(PO4)3., offenbar ein sulfidisches bzw. ein oxidisches Keramikmaterial. Sowohl LGPS als auch LATP weisen zudem eine hohe Ionenleitfähigkeit auf. Sie neigen aber zu Reaktionen mit den Elektrodenmaterialien, wodurch die Leitfähigkeit sinkt.
Metallisches Lithium statt Graphit als Anodenmaterial
QuantumScape setzt auf einen keramischen Elektrolyten und eine Lithium-Metall-Anode. Genau genommen wird die Lithium-Anode nicht in die Zelle eingebaut, sondern entsteht beim Laden der Batterie, wie im obigen Video erklärt.
Die Möglichkeit von Lithium-Anoden gehört zu den Hauptvorteilen von festen Elektrolyten. Sie neigen weniger zu Reaktionen mit dem Lithium als flüssige Elektrolyten. Aber auch hier können schon nach wenigen Lade-Entlade-Zyklen so genannte Dendriten aus Lithium entstehen, die zu einem Kurzschluss führen können.
Die Herausforderungen an die Elektrochemiker und Festkörperphysiker (einschließlich der weiblichen Kolleginnen) sind also noch groß. Die in dem Keramik-Fachartikel zitierten Fachleute halten eine Serienreife bis 2025 dennoch nicht für ausgeschlossen, wenn auch vielleicht nicht mit maximalen Energiedichten.
Quelle: Bloomberg
