Festkörperbatterie: Das Rennen um den „Heiligen Gral“

SSB haben in mehreren Ländern und Regionen strategische Bedeutung erlangt. So hat Deutschland beispielsweise 1 Milliarde Euro zur Unterstützung eines Konsortiums bereitgestellt, das Batteriezellen für Elektroautos herstellen will, und plant die Finanzierung einer Forschungseinrichtung zur Entwicklung von Festkörperbatterien der nächsten Generation. Im Vereinigten Königreich wird im Rahmen des 30-monatigen Gemeinschaftsprojekts „PowerDrive Line“ eine Lithium-basierte Festkörperbatterie für Elektroautos und PHEVs entwickelt und eine Pre-Pilotlinie für diese SSB-Zelltechnologie eingerichtet.

Die japanische Regierung hat das Consortium for Lithium-Ion Battery Technology and Evaluation Center (Libtec) gegründet, um die Forschung an Festkörperbatterien voranzutreiben. In Südkorea fördern die drei größten Batteriehersteller SK Innovation, LG Chem und Samsung SDI die gemeinsame Forschung auf dem Gebiet der Batterien der nächsten Generation, einschließlich Festkörperbatterien. US-amerikanische SSB-Unternehmen haben Investitionen von globalen Batterieanbietern, Automobilherstellern und Risikokapitalgebern angezogen, und es werden kontinuierlich Fortschritte gemeldet.

Indem der entflammbare organische Flüssigelektrolyt durch einen Festkörperelektrolyt (SSE) ersetzt wird, ermöglichen SSBs eine verbesserte Sicherheit und Missbrauchstoleranz. Die SSE kann auch mit einer Lithium-Metall-Anode und einer Hochspannungskathode gepaart werden, was zu einer potenziell höheren Energiedichte führt. Die besonderen Eigenschaften der SSBs ermöglichen es, sie innerhalb einer Zelle in Reihe und parallel zu schalten, was zu flexiblen Packungsdesigns führt. Darüber hinaus ermöglicht das innovative Packungsdesign eine höhere Montageeffizienz, wodurch die Energiedichte weiter erhöht und die Kosten auf Systemebene gesenkt werden können.

Die Vorteile von Festkörperbatterien. Quelle: IDTechEx

Die einzigartigen Vorteile haben dazu geführt, dass SSB von akademischen Forschern, Batterieentwicklern, Automobil-OEMs, Investoren, Material- und Komponentenlieferanten verfolgt werden. Darüber hinaus wird die konventionelle Herstellung von Li-Ionen-Batterien traditionell von ostasiatischen Ländern dominiert, mit nennenswerten Beiträgen aus Japan, China und Südkorea. Es ist jedoch ein bedeutender Wandel im Gange, da die Vereinigten Staaten und verschiedene europäische Länder in das Rennen einsteigen und die Wertschöpfung von Ostasien weg verlagern, wobei der strategische Schwerpunkt auf der Errichtung von Batteriefabriken in größerer Nähe zu den Anwendungsmärkten liegt.

Diese sich entwickelnde Landschaft ist gekennzeichnet durch die Erforschung neuer Materialien und Komponenten und die Neubewertung von Herstellungsprozessen. Dies hat das Potenzial, die Lieferkette für Batterien neu zu ordnen. Sowohl aus technologischer als auch aus wirtschaftlicher Sicht hat sich die Entwicklung von SSBs als Teil der Batteriestrategie der nächsten Generation erwiesen. Sie hat sich zu einem globalen Unterfangen entwickelt, das von regionalen Interessen und erheblicher staatlicher Unterstützung geprägt ist. Neue Werkstoffe, Komponenten, Systeme, Herstellungsverfahren und Know-how bieten neue Möglichkeiten.

Die wichtigsten Anbieter von Festkörperbatterien weltweit. Quelle: IDTechEx

Kommerzialisierung von SSBs