Flüssige oder feste Batterien: Was, wenn es einen dritten Weg gäbe?

Werden die Batterien der Zukunft fest sein? Die Bemühungen der Hersteller gehen in diese Richtung, doch die Forschung zeigt auch andere Möglichkeiten. ProLogium hat beispielsweise eine neue Technologie vorgestellt, die verspricht, die Vorteile flüssiger Elektrolyte mit denen fester Elektrolyte zu verbinden, und zwar durch einen anderen Mechanismus für den Transport von Lithiumionen. Und nein, es geht hier nicht um halbfeste Batterien.

Die Lösung heißt GEN4 und basiert auf einem superflüssig gemachten anorganischen Elektrolyten, der als SFIE (Superfluidized Inorganic Electrolyte) bezeichnet wird. Es handelt sich dabei nicht um eine halbfeste Batterie im engeren Sinne, bei der feste und flüssige Komponenten nebeneinander existieren, sondern um eine besondere Weiterentwicklung von festen Batterien.

Es wird tatsächlich ein Material verwendet, das in der Lage ist, sein mechanisches Verhalten je nach auftretenden Belastungen zu verändern. Die wahre Innovation, so das taiwanesische Unternehmen, liegt vielmehr in der Art und Weise, wie Lithiumionen innerhalb des Elektrolyten durch eine sogenannte Dynamic Coordination Network (DCN)-Struktur bewegt werden.

Ein Elektrolyt, der sich den Elektroden anpasst

In herkömmlichen Batterien mit flüssigem Elektrolyten bewegen sich die Lithiumionen durch das Material aufgrund der vom Lösungsmittel unterstützten Diffusion. In festen Elektrolyten hingegen wandern sie entlang von Pfaden, die durch die in der Regel starrere Struktur des Materials bestimmt werden. In der von ProLogium entwickelten Lösung tritt hingegen ein dritter Fall auf: spezielle chemische Agglomerate, sogenannte „Liganden“, bilden ein dynamisches Koordinationsnetz, das es den Lithiumionen ermöglicht, sich schnell zwischen ständig sich verändernden lokalen Strukturen zu bewegen. Das System beschränkt gleichzeitig die Mobilität der Anionen, fördert den Transport der Lithiumionen und verringert die Konzentrationsunterschiede, die während des Aufladens und Entladens entstehen können.

Eine weitere grundlegende Eigenschaft ist das als „nicht-newtonisch“ bezeichnete Verhalten des Elektrolyten SFIE. Unter Belastung kann das Material sich verformen und fließen, um sich den Oberflächen der Elektroden anzupassen. Wenn die Belastung nachlässt, nimmt es wieder eine feste Struktur an. Dieses Verhalten ermöglicht es, auch während der durch Lade- und Entladezyklen verursachten Dimensionenänderungen einen gleichmäßigeren Kontakt zwischen Elektrolyt und Elektroden aufrechtzuerhalten. Dadurch wird der elektrische Widerstand an der Schnittstelle verringert, der bekanntermaßen eines der Hindernisse für die Entwicklung von Festkörperbatterien darstellt, und es wird auch die Notwendigkeit verringert, die Zellen unter hohen Kompressionsdrücken zu halten.

Mercedes und ProLogium – die Allianz für Festkörperbatterien

Von 5 % auf 80 % in etwas mehr als sechs Minuten

Die von ProLogium angegebenen Ergebnisse hinsichtlich der Ladeeffizienz sind besonders interessant. Der Elektrolyt SFIE erreichte nämlich bei Raumtemperatur während Testphasen unter der Aufsicht der Zertifizierungsstelle SGS eine ionische Leitfähigkeit von 57 mS/cm. Laut dem Unternehmen zeigten die GEN4-Zellen in internen Tests, dass sie in 6,4 Minuten vom 5%- auf das 80%-Ladestand erreichen konnten und dabei mehr als 1.000 Schnellladungsschleifen überstanden. Zudem konnten sie zu -20 °C zu 90 % ihrer Kapazität erhalten bleiben sowie eine Entladeleistung von bis zu 15C aufweisen, was auf die Möglichkeit hindeutet, besonders starke Ströme abzugeben.

Die Ladegeschwindigkeit könnte mit der weiteren Entwicklung der Technologie noch weiter verbessert werden: ProLogium entwickelt derzeit die GEN4.2-Version, die einen porösen keramischen Trenner verwendet, der mit demselben SFIE-Elektrolyten getränkt ist. Laut dem Unternehmen soll diese Konfiguration es ermöglichen, auch bei einer Ladung von 5 auf 80 % die Zeit unter fünf Minuten zu halten. Was die Sicherheit betrifft, umfasst die Technologie außerdem ein System namens ASM (Active Safety Mechanism), das darauf ausgelegt ist, die Passivierung der reaktiveren Materialien bei einer Temperatur von etwa 125 °C zu fördern und somit Reaktionen zu verhindern, die einen Wärmeverlust auslösen könnten.

Festkörper- und Halbfestkörperbatterien von Mercedes und ProLogium

Bild von: Mercedes-Benz

Mercedes FEV und OPmobility gehören zu den Partnern

Die GEN4-Technologie soll nicht nur in der Materialforschung bleiben. ProLogium arbeitet mit verschiedenen Automobilpartnern zusammen, um ihre Integration in Speichersysteme für Elektrofahrzeuge zu prüfen. Dazu gehört auch Mercedes, mit dem das taiwanesische Unternehmen seit fast zehn Jahren zusammenarbeitet und das vom deutschen Hersteller als Hauptpartner bei der Entwicklung von Festkörperbatterien bezeichnet wird. Ein kürzlicher Vertrag gewährt Mercedes einen vorrangigen Zugang zu den neuen GEN4-Zellen, die auf elektrische, thermische und Sicherheitstests gestellt werden, um ihre mögliche Verwendung in zukünftigen Modellen zu bewerten.

Beim Pariser Autosalon 2026 präsentierte ProLogium außerdem Anwendungen, die gemeinsam mit FEV und OPmobility entwickelt wurden. Die erste Firma hat ein Batteriemodul hergestellt, das taiwanesische Zellen integriert, während die zweite ein Batteriepaket-Prototyp für verschiedene Fahrzeugkategorien entwickelt.

Gleichzeitig erweitert ProLogium seine Produktionskapazitäten. Zu den bereits in Taoke auf Taiwan errichteten Produktionslinien wird künftig auch eine Gigafabrik in Dunkerque in Frankreich hinzukommen, deren erste Phase eine jährliche Produktionskapazität von 4 GWh vorsieht, die bis 2030 schrittweise erreicht werden soll. Das Unternehmen setzt zudem auf die Wiederverwertbarkeit der Materialien: Schätzungen zufolge könnte das SFIE-Elektrolyt eine Rückgewinnungsrate von 90 % erreichen, wodurch eine erneute Verwendung in der Produktion möglich wird.

Festkörperbatterien – der Wettlauf geht weiter

Fotogalerie: Mercedes und ProLogium für Festkörperbatterien