Die wachsende Beliebtheit von Elektroautos treibt die Hersteller dazu an, Technologien intensiv weiterzuentwickeln, die die Sicherheit der Fahrzeuge erhöhen und die von Kritikern oft hervorgehobenen Nachteile wie die begrenzte Reichweite beseitigen. Das Jahr 2024 brachte intensive Forschung an diesen Technologien, die den Sektor der Elektrofahrzeuge revolutionieren könnten. Schauen wir uns die Zukunft der Batterien für Elektroautos an.

In diesem Artikel erfahren Sie:

• Welche Rolle der Elektrolyt in einer Batterie spielt
• Welche Vorteile Batterien mit festem Elektrolyt bieten
• Welche bahnbrechende Entdeckung im Bereich monokristalliner Zellen von Wissenschaftlern der Dalhousie University gemacht wurde
• Welche Chancen und Herausforderungen die Hersteller von Batterien der neuen Generation in den kommenden Jahren erwarten

Was ist ein Elektrolyt in einer Batterie?

Der Elektrolyt bildet die Grundlage für Elektroautos. In den aktuellen Batterien ist er eine Flüssigkeit, die den Fluss von Ionen zwischen Anode und Kathode (Elektroden) ermöglicht – so wird das ordnungsgemäße Funktionieren der Batterie und damit des gesamten Fahrzeugs sichergestellt. Die bisher verwendeten Batterien mit flüssigem Elektrolyt sind zwar kostengünstig, haben jedoch Nachteile wie das Risiko von Leckagen oder Bränden. Batterien mit festem Elektrolyt – eine neue Lösung, die auf den Markt kommt – bieten jedoch Hoffnung auf die Beseitigung der bisherigen Probleme von Elektrofahrzeugen.

Halbleiterbatterien – Revolution durch Batterien mit festem Elektrolyt in der EV-Industrie?

Obwohl die Welt bereits im 19. Jahrhundert durch den Erfinder Michael Faraday von den ersten festen Elektrolyten hörte, wurden sie erst zu Beginn des 21. Jahrhunderts als revolutionäre Technologie in der Automobilindustrie in Betracht gezogen. Halbleiterbatterien, bekannt als Solid-State-Batterien, zeichnen sich durch eine deutlich höhere Energiedichte im Vergleich zu herkömmlichen Batterien aus. Dadurch können Batterien mit festem Elektrolyt mehr Energie speichern, ohne die Größe zu verändern, was zu einer deutlichen Erhöhung der Reichweite von Elektroautos führt. Schätzungen zufolge könnte die Reichweite von Elektrofahrzeugen auf bis zu 2000 km mit einer einzigen Ladung steigen, und die Ladezeit – mit entsprechend leistungsfähigen Ladegeräten – könnte mit dem Tanken herkömmlicher Kraftstoffe vergleichbar sein. Der größte Vorteil, der auf die kritischen Stimmen von Gegnern der Elektroautos eingeht, ist die Verkürzung der Ladezeit von Elektroautos. Die neue Technologie bietet zudem höhere Brandsicherheit im Vergleich zu herkömmlichen Batterien.

Die Frage, wann die neuen Batterien für Elektroautos auf den Markt kommen, ist nicht eindeutig zu beantworten. Laut dem Chefingenieur von BYD wird die Kommerzialisierung von Batterien mit festem Elektrolyt mindestens bis 2030 dauern. In der Zwischenzeit wetteifern große Konzerne in ihren Ankündigungen: Volkswagen plant, die Serienproduktion im Jahr 2026 zu starten, Toyota ab 2027, während der chinesische SAIC behauptet, seine eigenen Batterien mit festem Elektrolyt noch in diesem Jahr auf den Markt zu bringen.

Monokristalline Zellen – von der Photovoltaik zur Revolution in der Elektromobilität

Monokristalline Zellen wurden bisher in Photovoltaikmodulen eingesetzt. Jetzt wissen wir, dass sie den EV-Markt auf den Kopf stellen könnten. Die Ergebnisse von Forschungen im Labor von Jeff Dahn an der Dalhousie University in Kanada zeigen, dass Batterien auf Basis monokristalliner Zellen bis zu 10-mal langlebiger sind als herkömmliche Batterien. In Zusammenarbeit mit Tesla bewiesen die Wissenschaftler, dass diese innovativen Zellen 20.000 Ladezyklen ermöglichen, bevor die Batterie nach sechs Jahren intensiver Nutzung nur 20 % ihrer ursprünglichen Kapazität verliert. Die Ergebnisse sind noch beeindruckender, wenn man bedenkt, dass die Reichweite von Elektrofahrzeugen mit solchen Batterien bis zu 8 Millionen Kilometer betragen könnte. Dies ist ein bahnbrechender Schritt zur Reduzierung von Elektroabfällen, zur Beseitigung der wichtigsten Schwächen von Elektrofahrzeugen und zu erheblichen Einsparungen dank der außergewöhnlichen Langlebigkeit der Batterien.

Experiment der Forscher der Dalhousie University, das die Analyse der Strukturen moderner und monokristalliner Zellen vor und nach 20.000 Ladezyklen zeigt:

Quelle: T. Bond, R. Gauthier, G. King, R. Dressler, J. J. Abraham, J. R. Dahn, “The Complex and Spatially Heterogeneous Nature of Degradation in Heavily Cycled Li-ion Cells”, Journal of The Electrochemical Society, 2024

Neue Batterien und die Zukunft der Elektromobilität

Zu den häufigsten Nachteilen von Elektroautos, die viele potenzielle Käufer abschrecken, gehören die begrenzte Reichweite und die lange Ladezeit. Batterien mit festem Elektrolyt und monokristallinen Zellen bieten die Chance, diese Barrieren zu überwinden und so den EV-Transport bei Unentschlossenen zu popularisieren. Die erheblich längere Lebensdauer, die Batterien der neuen Generation bieten, schlägt sich auch in der wirtschaftlichen Rentabilität des Kaufs eines Elektroautos nieder. Die Kosten für den Austausch der Batterie, die derzeit zwischen 30.000 und 80.000 PLN liegen, und bei Premiumautos sogar 150.000 PLN erreichen können, stellen eine erhebliche Ausgabe dar. Batterien der neuen Generation, die laut Ingenieuren „15 Autos überdauern“ könnten, werden auch die kostspieligen und umweltbelastenden Prozesse der Entsorgung und des Recyclings dieser Batterien reduzieren.

Wie so oft hat jede Medaille zwei Seiten. Obwohl Batterien der neuen Generation enorme Möglichkeiten für die Entwicklung der Elektromobilität bieten und Elektrofahrzeuge zu einer echten Alternative zu Verbrennungsfahrzeugen machen könnten, sind sie auch mit einigen Problemen verbunden. Ingenieure weisen auf die Schwierigkeiten bei der Integration dieser Batterien in bestehende EV-Modelle hin. Sie heben auch ihre hohen Kosten für die Verbraucher und die Produktionskosten hervor. Ursprünglich werden diese Batterien in den Spitzenmodellen von Elektroautos eingesetzt – erst nach einigen Jahren werden sie auch in Mittel- oder Niedrigklassefahrzeugen verwendet. Ihre voraussichtliche Beliebtheit in den kommenden Jahren wird gering sein, da die hohen Preise einen großen Teil der Gesellschaft von den Vorteilen der neuen Batterien abhalten werden. Die EV-Welt wird dann vor der Herausforderung stehen, neue Technologien anzupassen und die Preise zu stabilisieren – erst wenn Batterien mit festem Elektrolyt für eine größere Bevölkerungsgruppe kostengünstig sind, kann von einer echten Revolution gesprochen werden.

Fazit

Batterien mit festem Elektrolyt und monokristalline Zellen können die Kaufentscheidungen der Verbraucher für Elektroautos erheblich beeinflussen. Sie bieten Lösungen, die die bisherigen Barrieren beseitigen, die einen Teil der Gesellschaft davon abgehalten haben, auf umweltfreundliche Transportmittel umzusteigen. Dennoch muss eine Batterie für Elektroautos erschwinglich sein, um eine echte Revolution im EV-Sektor einzuleiten. Eines ist sicher – die nächsten fünf Jahre werden eine intensive Zeit der Suche nach den vorteilhaftesten Lösungen sein, und das große Interesse großer Konzerne an dem Thema Batterien mit festem Elektrolyt und monokristallinen Zellen deutet auf eine Reihe neuer Entdeckungen im EV-Sektor hin.