Die Siliziumzelle überstand 1000 Zyklen und behielt 83 % der Kapazität bei. Allerdings nur unter einem Druck von 10 Bar.

Fraunhofer ISE hat im Projekt StrOboBatt ein selbst hergestelltes Pouch-Zellenmodul mit 25 Ah und einer siliziumreichen Anode getestet. Nach mehr als 1000 vollständigen Lade- und Entladezyklen behielt es über 83 % der Kapazität bei, was über dem Schwellenwert von 80 % liegt, der als Mindestanforderung für kommerzielle Anwendungen gilt. Sollte dieses Ergebnis auf Serienbatterien übertragen werden können, würde ein Auto mit denselben Zellen eine größere Reichweite erreichen.

Silizium bietet viel, dehnt sich aber stark aus

Silizium in der Anode ermöglicht eine höhere Energiedichte als Graphit. Das Problem ist, dass es beim Laden Lithiumionen aufnimmt und den Volumenzuwachs um bis zu 300 % verursacht, während es beim Entladen wieder schrumpft. Graphit arbeitet hingegen im Bereich von 10–12 %. Solche Schwankungen unterbrechen den elektrischen Kontakt in der Elektrode und beschleunigen die Zersetzung des Elektrolyten, wodurch Zellen mit Silizium in der Regel zu schnell altern.

Deutschland hat ein Silizium-Kohlenstoff-Verbundmaterial verwendet, das 51 % des aktiven Anodenmaterials ausmacht. Es wurde mit einer nickelreichen Kathode kombiniert, und das Ganze wurde in einer industriellen Pilotanlage hergestellt.

Druck und Ladeleistung beeinflussen das Ergebnis

Der mechanische Druck erwies sich als entscheidend. Bei einem axialen Druck von 1000 kPa (etwa 10 Bar) während des Lade- und Entladevorgangs blieb der Kontakt in der Elektrode stabil. Bei 300 kPa (etwa 3 Bar) sank die nutzbare Kapazität deutlich schneller. Aus den verfügbaren Unterlagen geht nicht hervor, wie ein solcher Druck in einem Fahrzeugpaket erreicht werden kann oder welche Kosten dies in Bezug auf Gewicht und Konstruktion verursacht.

Die zweite Erkenntnis aus den Tests unter dynamischen, fahrdynamischen Bedingungen: Bei hoher Leistung sinkt die Kapazität schneller als in milden Laborzyklen. Die Batteriemanagementsysteme zukünftiger Fahrzeuge müssen dies berücksichtigen.

280 Wh/kg gemessen, 330 Wh/kg geplant

Die getesteten Zellen erreichten 280 Wh/kg. Der Wert von 330 Wh/kg ist eine Schätzung des Fraunhofer ISE für eine optimierte Massenproduktion und kein Messergebnis. Laut dem Institut wäre das 20-35 % mehr als bei den heutigen NMC- und NCA-Zellen sowie fast doppelt so viel wie bei LFP-Zellen.

Das Institut rechnet dies auf ein Auto um. Bei derselben Batteriegröße könnte das Auto fast 100 kWh statt der aktuellen etwa 75 kWh haben, und die tatsächliche Reichweite eines mittelgroßen Modells würde von etwa 450 km auf über 600 km steigen. Das ist eine Berechnung auf der Grundlage der Energiedichte, keine Testung in einem echten Auto.

Auch das Rohstoffthema spielt eine Rolle. Graphit gelangt heute hauptsächlich aus dem Ausland nach Europa, während Silizium in der Region gewonnen und synthetisch hergestellt werden kann. Laut dem Institut würde dies es ermöglichen, einen Teil des Mehrwerts nach Europa zu verlagern.

Für den Moment handelt es sich um eine einzelne Zelle mit 25 Ah und nicht um ein Set für das Auto. In den Unterlagen gibt es keinen Einführungszeitraum, keine Angaben zum Preis der Zelle und auch keine Informationen über einen Industriepartner. Die Antwort darauf, ob ein Druck von 10 Bar mit der Konstruktion der Batterie im Auto vereinbar ist, steht noch aus.

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