• Größere Reichweite, kürzere Ladedauer, höhere Betriebssicherheit: Die Feststoffbatterie klingt auf den ersten Blick nach dem Durchbruch für den E-Auto-Markt.
  • Auch VW wettet auf die Technologie und investiert weitere Millionen in das Startup QuantumScape.
  • Doch kann die Feststoffbatterie halten, was sie verspricht?

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So, wie es seitens der Politik erhofft wurde, haben sich E-Autos in Deutschland noch nicht durchgesetzt. Zwar werden sie immer beliebter, doch noch immer liegt ihr Anteil an Neuzulassungen aber nur bei rund drei Prozent. Was Autokäufer meist zögern lässt: Das lückenhaft ausgebaute Ladenetz.

Nun scheint eine Lösung in Sicht, die E-Autos zum Durchbruch im Automarkt verhelfen soll: Feststoffbatterien. Sie sollen in Zukunft Reichweiten auf dem Niveau konventioneller Antriebe ermöglichen und Ladedauern deutlich verringern. Hoffnung darein setzen zumindest Microsoft-Gründer Bill Gates und der Volkswagen Konzern.

VW investierte zuletzt weitere 200 Millionen US-Dollar in den US-Batteriespezialisten Quantum Scape und stockt seine Anteile damit auf mehr als ein Drittel des Start-Ups auf.

Chemie-Nobelpreisträger spricht von "Durchbruch"

Als größter automobiler Anteilseigner will VW gemeinsam mit dem Unternehmen, mit dem es bereits seit 2012 zusammenarbeitet, die Entwicklung der Feststoffzellen-Technologie vorantreiben.

Das Vorrecht, die Technologie als erster einsetzen zu dürfen, hat sich der VW-Konzern bereits gesichert. Zum Team von QuantumScape gehören etwa der ehemalige VW-Top-Manager Jürgen Leohold, Tesla-Mitgründer JB Straubel und Stanford-Professor Fritz Prinz.

Chemie-Nobelpreisträger Stan Whittingham, dessen Forschung zur Erfindung der Lithium-Ionen-Batterie beigetragen hatte und der eher als Skeptiker gilt, zeigte sich von den ersten QuantumScape-Daten begeistert: "Das ist ein Durchbruch", sagte er, wie die "Wirtschaftswoche" berichtet.

Setzt VW mit seiner Investition also auf den aussichtsreichsten Ansatz für Elektromobilität der übernächsten Generation oder schaufelt sich der Autohersteller sein eigenes Millionen-Grab?

Was macht die Feststoffbatterie so besonders?

Zunächst muss man wissen, wie eine übliche Batterie funktioniert: Einfach formuliert wandern Elektronen vom Minus-Pol zum Plus-Pol der Batterie und erzeugen dabei Strom.

Der Elektronenfluss kommt durch unterschiedliche Eigenschaften von Metallen zustande – edle Metalle ziehen Elektronen an, unedle Metalle geben sie ab. Der Elektronenfluss läuft dabei über elektrisch leitfähige Medien – meist sind das Flüssigkeiten. Bei Feststoffbatterien wird hingegen ein fester Elektrolyt verwendet.

Das hat mehrere Vorteile: "Der Einsatz solcher Fahrzeugbatterien mit festen Elektrolyten verspricht vor allem größere Kapazitäten bei geringerem Raumbedarf in niedrigerem Gewicht", erklärt Stefan Reindl, Professor für Automobilwirtschaft an der Hochschule für Wirtschaft und Umwelt Nürtingen-Geislingen.

Feststoffbatterien hätten eine bis zu 100 Prozent höhere Energiedichte und seien deshalb bei der Lebensdauer vorteilhaft.

Höhere Betriebssicherheit

Die Anfang Dezember erstmals präsentierten Daten von QuantumScape versprechen, dass ihr Akku noch nach 800 Ladezyklen eine Kapazität von mindestens 80 Prozent aufweist.

Außerdem gelten Feststoffbatterien als feuersicher, weil die festen Ionenleiter - meist aus Glas-Keramik - schwer entflammbar sind. Brennt ein Auto mit Lithium-Ionen-Akku erst einmal, ist der Brand meist schwer zu löschen, teilweise hilft es nur, das Fahrzeug im Wassertank zu versenken.

"Beim Ladevorgang sind sie wegen des Solid-Elektrolyten jedoch eher im Nachteil. Es dauert also bislang länger eine Batterie aufzuladen", sagt Reindl. Genau das aber will QuantumScape ändern. In unter 15 Minuten soll sich der Akku auf 80 Prozent seiner Kapazität laden lassen - statt in einer Stunde.

Auch bei Temperaturen unter 30 Grad soll er ohne große Leistungseinbußen funktionieren und extremer interner Hitzeentwicklung standhalten. Nach Präsentation der Daten stieg die Aktie auf einen Rekordwert.

Experte in einem Punkt skeptisch

Experte Reindl meint: "Die versprochene Energiedichte sowie die ausgewiesenen Ladezyklen halte ich für realistisch. Etwas skeptisch bin ich beim Ladevorgang, denn die Trägheit des Ionen-Transports von Solid-Elektrolyten lässt sich nicht ohne Weiteres überlisten." Dennoch gehe er insgesamt von der Zukunftsfähigkeit der Feststoffbatterie aus.

Sieht das die gesamte Branche so? Reindl sagt: "Automobilhersteller - auch Tesla - sind sowohl bei neueren Generationen der Lithium-Akkus als auch bei der Feststoffbatterie engagiert. Es ist aber davon auszugehen, dass sich die Forschung und Entwicklung wegen der höheren Energiedichte mittelfristig den Feststoffbatterien zuwendet."

Konkurrenz setzt auf andere Karte

Zwar wettet die Konkurrenz vorrangig noch auf die "klassische" E-Batterie: BMW und Daimler haben in das Start-Up Sila Nano investiert, das an der Verbesserung von Lithium-Ionen Akkus forscht.

Auf diese Karte setzt auch Tesla-Chef Elon Musk. Doch die Unternehmen haben auch Feststoffbatterien im Blick.

Daimler plant, Feststoffbatterien in Nutzfahrzeugen wie Gelenkbussen zu verwenden und BMW forscht gemeinsam mit Toyota an dem neuen Akkutypen. Auch Renault, Nissan, Mitsubishi wollen in Zukunft Feststoffbatterien in Serienfahrzeuge einbauen.

Marktreife bis 2025

Die Feststoffbatterie könnte für deutsche Hersteller eine große Chance sein: Während sie den Trend zur Lithium-Ionen-Batterie größtenteils verschlafen haben, könnten sie mit dem Einsatz und der Entwicklung von Feststoffbatterien wieder mit amerikanischen und chinesischen Unternehmen Schritt halten.

VW und QuantumScape wollen bis 2024 die Super-Batterie in größerer Stückzahl herstellen können, im Jahr darauf dann die Massenproduktion starten.

Experte Reindl hält das für möglich. Zwar sagt er: "Es handelt sich bei QuantumScape nach eigenen Aussagen bislang lediglich um einen einschichtigen Prototypen, der für die praxistaugliche Anwendung in Fahrzeugen noch weiterer, intensiver Anstrengungen im Forschungs- und Entwicklungsbereich bedarf."

Sollten sich aber die aktuell dargelegten Werte des vorgestellten Prototypen bewahrheiten, ließe sich seiner Meinung nach der Start der Massenproduktion bis 2025 bewältigen.

Reichweitenangst ad acta legen

Das würde ordentlich Schwung in den Markt der Elektro-Fahrzeuge bringen: "Langfristig könnten die Batterieeinheiten platz- und gewichtsparender in Fahrzeugen eingesetzt werden. Daneben ließen sich die Batterien günstiger produzieren", sagt Reindl.

Die so genannte Reichweitenangst könnte dann der Vergangenheit angehören. "Diese Sachverhalte könnte die vorhandene Skepsis gegenüber batterieelektrischen Fahrzeugen weitestgehend beseitigen", hofft Reindl.

Doch der Markt-Kenner schränkt ein: "Die Abhängigkeit von den üblicherweise benötigten Rohstoffen - insbesondere Lithium und Kobalt - und den damit in Verbindung stehenden Zulieferer-Ländern müsste durch neue Batteriegenerationen ebenfalls maßgeblich sinken, damit es aus umweltpolitischer Perspektive sowie im Hinblick auf die Social Responsibility ebenfalls nachvollziehbare Vorteile geben kann."

Preis wird entscheiden

Einige Fragen bleiben offen: QuantumScape muss erst noch unter Beweis stellen, dass es Batterien auch in der Größe für E-Autos und in hoher Stückzahl herstellen kann. Diese müssen sich dann auch außerhalb des Labors im Alltag beweisen. Denn Langzeiterfahrungen mit Feststoffbatterien fehlen noch.

Weil die genaue Zusammensetzung des Akkus von QuantumScape Geschäftsgeheimnis ist, gibt es weitere unbekannte Variablen. Selbst Branchenkenner wollen sich deshalb derzeit nicht festlegen. Nur so viel sagen sie: Entscheiden wird am Ende der Preis.

Verwendete Quellen:

  • ADAC.de: Zahl der E-Autos weltweit auf Rekordhoch - Wachstumsrate schwächt sich aber ab
  • QuantumScape: Next-Generation Solid-State Batteries
  • Wiwo.de: Was können die Wunderakkus von QuantumScape?
Über den Experten: Prof. Dr. Stefan Reindl hat eine Professur für Automobilwirtschaft an der Hochschule für Wirtschaft und Umwelt Nürtingen-Geislingen und ist Studiendekan für die automobil- und mobilitätswirtschaftlichen Bachelor- und Masterprogramme. Der gelernte Kfz-Mechaniker- und Kfz-Elektrikermeister ist Direktor des Instituts für Automobilwirtschaft (IfA) und ist im Rahmen von Beratungs- und Beiratsmandaten für Unternehmen der Automobilbranche aktiv.
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