QuantumScape präsentiert eine Feststoffbatterie, die in 5 Minuten geladen ist und nach 1.000 Zyklen noch 80 Prozent ihrer Kapazität behält.

Seit Jahren werden Batterien mit festem Elektrolyt als der Heilige Gral des Elektroautos dargestellt. Mehr Reichweite, deutlich kürzere Ladezeiten und eine höhere Sicherheit im Vergleich zu herkömmlichen Batterien. Doch diese theoretischen Vorteile in ein Produkt umzuwandeln, das in großem Maßstab hergestellt werden kann und Hunderttausende von Kilometern lang funktioniert, erweist sich als weitaus schwieriger, als erwartet.

Einer der Hersteller, die seit längerem versuchen, diese Herausforderungen zu überwinden, ist QuantumScape. Das amerikanische Unternehmen, das eine enge industrielle Beziehung zum Volkswagen-Konzern hat, hat nun eine neue Plattform namens Osprey angekündigt, mit der es das Entwicklungstempo von vollständig festen Batterien beschleunigen und seine Technologie anderen Herstellern zugänglich machen möchte.

Die Neuheit besteht nicht nur darin, eine Batterie mit guten Leistungsmerkmalen zu erhalten. QuantumScape behauptet, eines der wichtigsten technischen Probleme bei Batterien, die Sulfide verwenden, gelöst zu haben: die Notwendigkeit, einen hohen mechanischen Druck anzuwenden, um während der Lade- und Entladezyklen eine stabile Funktionsfähigkeit zu gewährleisten.

Eine Batterie, die in fünf Minuten lädt und nach 1.000 Zyklen noch 80 % ihrer Kapazität behält.

Die neue Osprey-Plattform kombiniert verschiedene Technologien, an denen QuantumScape seit Jahren arbeitet. Einerseits verwendet sie ihren patentierten keramischen Trenner, der dafür konzipiert ist, den Transport von Lithiumionen zu ermöglichen und Probleme durch das Wachstum unerwünschter metallischer Strukturen zu vermeiden, die die Zellen verschlechtern. Andererseits umfasst sie ein Design mit metallischem Lithium ohne herkömmlichen Anoden und eine vollständig feste Kathode.

Diese letzte Eigenschaft stellt einen bedeutenden Unterschied zu anderen Architekturen dar, die feste Komponenten mit flüssigen Materialien kombinieren. Bei Osprey strebt QuantumScape an, den flüssigen Elektrolyt zu ersetzen und die Vorteile einer vollständig festen Architektur zu nutzen.

Die ersten von dem Unternehmen veröffentlichten Tests zeigen besonders interessante Ergebnisse. Die Zellen konnten 1.000 vollständige Lade- und Entladezyklen durchlaufen, wobei sie etwa 80 % ihrer ursprünglichen Kapazität beibehielten. Dieses Ergebnis deutet auf eine potenziell wettbewerbsfähige Langlebigkeit für den Einsatz in Autos hin.

Um diese Zahl in Perspektive zu rücken: Wenn eine Batterie pro vollständigem Ladezyklus 500 Kilometer zurücklegen könnte, wären 1.000 Zyklen theoretisch etwa 500.000 Kilometer an gesamter Nutzungsdauer gleich. Offensichtlich handelt es sich dabei um eine Richtwertgleichsetzung, da die tatsächliche Abnutzung auch von Zeit, Temperaturen und Nutzungsumständen abhängt.

Aber vermutlich ist es die Ladegeschwindigkeit, die am meisten Aufmerksamkeit erregen wird. QuantumScape behauptet, dass Osprey von 10 % auf 80 % Ladestand in nur fünf Minuten gelangen kann. Damit sprechen wir von Leistungen von über 500 kW.

Das Unternehmen strebt außerdem eine potenzielle volumetrische Energiedichte von bis zu 1.100 Wh/L an – ein sehr hoher Wert, der es ermöglichen würde, mehr Energie im selben Raum zu speichern. Dies eröffnet den Herstellern zwei Möglichkeiten: Entweder die Autonomie zu erhöhen, ohne die Abmessungen der Batterie zu vergrößern, oder die aktuelle Kapazität bei Verwendung eines kompakteren Sets beizubehalten.

Zu diesen Leistungsmerkmalen kommt noch die Fähigkeit, bei Temperaturen unter -20 °C zu funktionieren – eine Eigenschaft, die insbesondere für Märkte mit strengen Wintern von Interesse ist, in denen herkömmliche Batterien erhebliche Leistungs- und Ladekapazitätsverluste erleiden können.

Doch der bedeutendste Fortschritt könnte ein anderer sein, der auf dem Papier weniger spektakulär erscheint, aber entscheidend ist, um diese Technologie in die Fabriken zu bringen.

Sulfidbasierte Festbatterien benötigen in der Regel einen erheblichen mechanischen Druck, um einen guten Kontakt zwischen ihren internen Komponenten aufrechtzuerhalten. Wenn dieser Kontakt während der Lade- und Entladezyklen nachlässt, steigt der innere Widerstand und die Alterung der Batterie kann beschleunigt werden. Dies zwingt dazu, Systeme einzubauen, die die Zellen komprimiert halten, was der Gesamtkonstruktion Komplexität, Gewicht und Kosten verleiht. Ein besonders wichtiges Problem ist dies in Autos, wo jedes Kilogramm und jeder verfügbare Zentimeter zählen.

QuantumScape behauptet, Osprey sei es gelungen, seine Tests bei nur einer Atmosphärendruckstufe abzuschließen – etwa dem normalen atmosphärischen Druck. Das Unternehmen präsentiert dieses Ergebnis als einen besonders bedeutenden Fortschritt für Festbatterien mit sulfidbasierten Festkathoden.

Eine hohe Lebensdauer ohne den Einsatz hoher Drücke könnte die Konstruktion zukünftiger Batteriepakete erheblich vereinfachen und ihre Integration in serienmäßige Elektroautos erleichtern.

Das Unternehmen gibt an, diese Architektur mit verschiedenen Formulierungen von festen Katalysatoren getestet zu haben – sowohl solchen, die intern entwickelt wurden, als auch solchen von Kunden aus der Automobilbranche. Dadurch könnten andere Hersteller den keramischen Trenner sowie die QuantumScape-Architektur nutzen, um ihre eigenen Batterien zu entwickeln.

Was uns fehlt, sind die genauen Termine. QuantumScape hat weder einen konkreten Zeitpunkt für die kommerzielle Massenproduktion genannt noch die Kosten dieser Technologie im Vergleich zu den aktuellen LFP- oder NMC-Batterien detailliert beschrieben.

Die angekündigten Fortschritte sind jedoch interessant, da sie gleichzeitig mehrere der großen Herausforderungen bei festen Batterien angehen: Haltbarkeit, Ladegeschwindigkeit, Energiedichte und Betriebsdruck.

Falls QuantumScape es schafft, diese Ergebnisse auf größere Zellen sowie wettbewerbsfähige industrielle Prozesse zu übertragen, könnte Osprey zu einer der Plattformen werden, die zum endgültigen Sprung zu vollständig festen Batterien beitragen. Es handelt sich dabei um eine Technologie, die seit Jahren verspricht, das Elektroauto zu verändern, und die allmählich immer konkretere Ergebnisse liefert.