Chancen der deutschen Batterieforschung

In Deutschland treiben Firmen wie VW, BMW und BASF sowie Forschungsinstitute die Batterieforschung vielversprechend voran. Ein Fokus liegt auf der Feststoffbatterie.

Wenn die Kaffeepause längert dauert als das vollständige Laden eines Elektrofahrzeugs mit einer Reichweite von über 1000 km, dann sollte die Elektromobilität auch in Deutschland angekommen sein. Noch aber ist das Utopie. Aktuell werden Lithium-Ionen-Akkumulatoren mit einer Gravimetrischen Energiedichte von 250 bis 300 Wh/kg gehandelt. Das Model 3 von Tesla zum Beispiel wie auch der BMW i4 nutzen diese Akkus mit einer NMC (Nickel-Mangan-Kobalt)-Chemie. Traktionsbatterien auf Basis LFP (Lithium-Eisen-Phosphat) sind zwar günstiger und langlebiger, bieten derzeit aber nur Werte von 160 bis 200 Wh/kg.

Prototypen mit Silizium-Anoden werden vereinzelt mit Spitzenwerten von bis zu 350 Wh/kg in Verbindung gebracht. Mit dieser Zellchemie sind Ladezeiten von unter 20 Minuten möglich, um auf rund 80 % der Maximalkapazität zu kommen. Darüber hinaus sind Kosten von 80 bis 100 USD/kWh möglich. So nutzt zwar Tesla im Cybertruck seit 2022 Silizium in den Anoden seiner 4680-Zellen-Prototypen (270 bis 300 Wh/kg). Allerdings nicht rein, sondern in Kombination mit Graphit. Und auch Mercedes ist seit Anfang dieses Jahres dabei, an einen EQS-Prototypen Silizium-dominierten Anoden zu testen.

Zuversicht bei Lithium-Ionen-Batterien

In Zusammenarbeit mit Factorial Energy gelang es, etwa 350 Wh/kg und über 1000 km Reichweite zu erreichen. Von einer Serienreife aber ist noch keine Rede. Einen ersten Lichtblick verspricht aber das Start-up aus Halle (Saale) NorcSi. Das Spin-off des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf testet seit 2020 reine Silizium-Anoden mit poröser Struktur. Prototypen erreichen eine über 40 % höhere Energiedichte als Graphit-Anoden (350 bis 400 Wh/kg). Unternehmensangaben zufolge ist für 2026 eine industrielle Serienproduktion geplant.

Ermutigend sind auch die Energiedichten von 500 Wh/kg, die die Universität Kiel angibt – allerdings werden diese im Rahmen des PorSSi-Projekts genannt. Im Labor konnten Prototypen mit 100 % porösen Silizium-Anoden für Lithium-Schwefel-Batterien entwickelt werden, die zudem bis zu 1000 Ladezyklen überstehen. Eine Skalierung für Elektrofahrzeuge aber scheint noch in weiter Ferne. Vielversprechender sind die Fortschritte bei den Feststoffbatterien.

Feststoffbatterie

Die nächste Generation mit festem Elektrolyten soll eine bis zu 50 % höhere Energiedichte aufweisen und damit Reichweiten von über 1000 km ermöglichen – bei Ladezeiten von knapp zehn Minuten. Ermutigend ist dabei, dass auch deutsche Forschungseinrichtungen und Start-ups wie Qkera (TU München) an den Fortschritten bei Feststoffbatterien beteiligt sind. Qkera zum Beispiel hat 2024 einen oxidbasierten Elektrolyten entwickelt, der stabiler und langlebiger sein soll. Volkswagen arbeitet derweil mit QuantumScape (USA) zusammen und plant, ab 2025 eine Pilotproduktion zu starten.

Und BMW kooperiert mit Solid Power und will bis Ende des Jahrzehnts serienreife Feststoffzellen einführen. Auch Mercedes testet seit Februar 2025 Feststoffbatterien mit Lithium-Metall-Anoden in einem EQS-Prototyp, mit einer Energiedichte von bis zu 450 Wh/kg. Allen gemeinsam ist das Ziel, Reichweiten jenseits der 1.000 km-Grenze und Ladezeiten unter zehn Minuten zu erreichen.