Der Glaube an den Donut Die Festkörperbatterie aus Finnland auf dem Prüfstand

Nach der Vorstellung der Donut-Batterie auf der CES wollte keiner den Leistungsdaten glauben. Daraufhin reagierte der finnische Hersteller mit einer wöchentlichen Video-Serie, um die Leistungsdaten zu bestätigen.

Die Donut-Solid-State-Batterie V1 sorgt derzeit für intensive Diskussionen in der Batteriebranche. Insbesondere die kommunizierte Fähigkeit, mit sehr hohen C-Raten geladen werden zu können, wird von vielen Marktbeobachtern angezweifelt. In Fachkreisen gilt eine Ladeleistung im zweistelligen C-Bereich bislang als thermisch und elektrochemisch kaum beherrschbar. Vor diesem Hintergrund wurde eine unabhängige Testserie durchgeführt. Parallel begleitet eine öffentlich kommentierte Prüfinitiative unter dem Titel „I Donut Believe“ die Debatte.

Der nun vorliegende erste Prüfbericht dokumentiert die Ergebnisse eines unabhängigen Charge-Performance-Tests der Donut Solid-State Batterie V1 .

Technische Ausgangsdaten

Bei der getesteten Zelle handelt es sich um eine Donut-Solid-State-Batterie V1 mit einer nominellen Kapazität von 26 Ah, einer Nominalspannung von 3,6 V und einer angegebenen Energie von 94 Wh. Der empfohlene Spannungsbereich liegt zwischen 2,7 und 4,15 V, die maximal zulässige Ladespannung beträgt 4,3 V. Das Standardladeverfahren ist als CC-CV-Prozess bei 1C spezifiziert.

Die Tests wurden an einer einzelnen Zelle durchgeführt. Als Prüfplattform diente ein hochpräziser Mehrkanal-Batterietester (PEC ACT0550). Die Zelle wurde in einer Klimakammer positioniert, wobei unterschiedliche thermische Randbedingungen simuliert wurden: einmal mit zweiseitiger Kühlung durch zwei Heat Sinks, einmal mit einseitiger Kühlung. Ziel war es, sowohl optimierte als auch realitätsnähere Wärmemanagementbedingungen abzubilden.

Referenzmessung und Kapazitätsbestätigung

Zu Beginn wurde eine initiale Kapazitätsmessung im empfohlenen Spannungsfenster durchgeführt. Die ermittelten Entladekapazitäten lagen zwischen rund 26,1 und 26,5 Ah. Damit bestätigte sich die nominelle Kapazität von 26 Ah. Die gemessene Entladeenergie bewegte sich im Bereich von etwa 91 bis 92,5 Wh und lag damit leicht unter dem nominellen Energieangabewert von 94 Wh, was jedoch im üblichen Toleranzrahmen liegt. Diese Referenzmessung diente als Ausgangspunkt für die nachfolgenden Schnellladetests und stellte sicher, dass die Zelle im spezifikationsgerechten Zustand betrieben wurde.

5C-Schnellladung bei 130 Ampere

Im ersten Schnellladeszenario wurde die Zelle mit einer Laderate von 5C, entsprechend 130 A, geladen. Der Ladevorgang erfolgte zunächst im Konstantstrommodus bis zur maximalen Ladespannung von 4,3 V und anschließend im Konstantspannungsmodus, bis eine vollständige Einspeisung von 26 Ah erreicht war.

Die Ladezeit von 0 auf 80 Prozent State of Charge betrug rund 570 Sekunden, was etwa 9,5 Minuten entspricht. Eine vollständige Ladung auf 100 Prozent wurde in einem Zeitraum zwischen etwa 12 und 13,5 Minuten erreicht. Diese Werte liegen deutlich unter typischen Schnellladezeiten heutiger Serien-Lithium-Ionen-Zellen im gleichen Kapazitätsbereich.

Thermisch zeigte sich ein klarer Einfluss der Kühlkonfiguration. Bei zweiseitiger Kühlung erreichte die Zelloberfläche maximal 47 °C. Bei einseitiger Kühlung stieg die Temperatur auf bis zu 61,5 °C an. Trotz dieser Temperaturerhöhung konnte nach der Schnellladung nahezu die gesamte eingespeiste Kapazität wieder entnommen werden. Die anschließende Entladung ergab praktisch 100 Prozent der zuvor geladenen Kapazität.

Unter den getesteten Bedingungen erscheint eine 5C-Ladung somit technisch stabil und beherrschbar, vorausgesetzt ein adäquates Thermomanagement ist vorhanden.

11C-Schnellladung bei 286 Ampere

Deutlich kritischer und zugleich spektakulärer ist das Verhalten bei 11C, was einem Ladestrom von 286 A entspricht. Auch hier wurde zunächst im Konstantstrom bis 4,3 V geladen und anschließend im Konstantspannungsmodus bis zur vollständigen Kapazität von 26 Ah.

Die Ladezeit auf 80 Prozent lag zwischen 267 und 293 Sekunden, also bei rund viereinhalb Minuten. Eine vollständige Ladung wurde innerhalb von etwa sieben bis acht Minuten erreicht. Damit bewegt sich die Donut Batterie in einem Bereich, der die derzeit üblichen industriellen Schnellladestandards deutlich übertrifft.

Thermisch zeigte sich jedoch eine massive Belastung. Bei zweiseitiger Kühlung wurde eine maximale Zelloberflächentemperatur von 63 °C gemessen. Bei einseitiger Kühlung stieg die Temperatur bis auf 89 °C an; ein Testlauf musste bei Erreichen von 90 °C aus Sicherheitsgründen abgebrochen werden. Diese Werte verdeutlichen, dass die 11C-Ladung ohne sehr effizientes Wärmeabfuhrkonzept an die physikalischen Grenzen des Systems führt.

Nach der 11C-Ladung standen zwischen 98,4 und 99,6 Prozent der geladenen Kapazität wieder zur Verfügung. Das ist bemerkenswert hoch, deutet jedoch nicht automatisch auf langfristige Zyklenstabilität hin. Auffällig ist zudem die Differenz zwischen eingespeister und entnommener Energie. Während bei der Ladung rund 108 bis 110 Wh eingebracht wurden, lagen die Entladeenergien bei etwa 89 bis 90 Wh. Diese Differenz weist auf erhebliche ohmsche Verluste und entsprechende Wärmeentwicklung hin; der Wirkungsgrad sinkt bei 11C deutlich.

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Technische Einordnung und offene Fragen

Die Tests belegen, dass die Donut-Solid-State Batterie V1 unter kontrollierten Laborbedingungen extrem hohe Laderaten verkraftet und dabei nahezu ihre vollständige Kapazität wieder zur Verfügung stellt. Insbesondere die 5C-Performance wirkt unter angemessenem Thermomanagement realistisch und technisch plausibel.

Die 11C-Ladung hingegen ist klar thermisch limitiert. Ohne optimiertes Kühlkonzept bewegt sich die Zelle im Bereich von 90 °C Oberflächentemperatur. Langfristige Degradationseffekte, strukturelle Veränderungen im Elektrolyten oder elektrochemische Alterungsmechanismen wurden in dieser Testreihe nicht untersucht. Ebenso fehlen Aussagen zur Zyklenfestigkeit, zur Impedanzentwicklung oder zu sicherheitsrelevanten Grenzfällen.

Die anhaltende Skepsis in der Branche erklärt sich aus der Kombination aus extrem hohen C-Raten, sehr kurzen Ladezeiten und nahezu vollständiger Kapazitätsrückgewinnung. Genau deshalb begleitet die Initiative „I Donut Believe“ die Veröffentlichung der Daten kritisch und fordert weiterführende Tests.

Die unabhängigen Laborergebnisse zeigen, dass die Donut Solid-State Batterie V1 unter definierten Bedingungen mit 5C und sogar 11C geladen werden kann. Besonders die Möglichkeit, 80 Prozent Ladezustand in unter fünf Minuten zu erreichen, ist technologisch bemerkenswert. Gleichzeitig machen die Temperaturverläufe deutlich, dass diese Performance nur mit sehr effizientem Thermomanagement realistisch nutzbar ist. Weitere Messdaten werden am kommenden Montag von Donut Labs veröffentlicht. (mr)

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