Batterieentwicklung Tokio und Peking liefern sich Kopf-an-Kopf-Rennen bei Festkörperbatterien

China und Japan liefern sich ein spannendes Wettrennen bei der Entwicklung von Festkörperbatterien. In beiden Ländern wird viel Geld in die neue Technologie investiert. Und aus beiden Ländern gibt es jetzt bemerkenswerte Fortschritte zu berichten. Stellt sich nun die Frage: Wer hat am Ende die Nase vorn?

Festkörperbatterien gelten als der nächste „Game-Changer“ für die Elektromobilität, weil sie dank ihrer höheren Energiedichte viel leistungsstärker und gleichzeitig sicherer sind als die heute üblichen Lithium-Ionen-Batterien. Die Reichweite von Stromern lässt sich damit vervielfacht, ihre Ladezeit auf wenige Minuten reduziert werden. Manche Zukunftstechnologien, wie die in China jetzt stark geförderte „Low Altitude Economy“ mit batteriebetriebenen Drohnen, werden wohl erst mit Festkörperbatterien realistisch.

Neuer Festkörper-Elektrolyt in China entwickelt

In Festkörperbatterien wird der flüssige Elektrolyt durch einen festen ersetzt, meist in Pulverform. Eine technische Hürde ist dabei, dass bei den festen Materialien der Kontakt zwischen Elektrolyt und Kathode vermindert ist, weil sich diese nicht so frei in jedem Raum ausbreiten können wie das flüssige Material.

Ein Team von Materialwissenschaftlern an der Universität Peking hat nun an einem neuen Festkörper-Elektrolyt gearbeitet, mit dessen Hilfe die „langsamen Reaktionen der Solid-Solid-Zweiphasen-Grenzen“ erleichtert werden, wie sie in einem Aufsatz im Wissenschaftsmagazin Nature schreiben. Das Team um Pang Quanquan hat den Prototypen einer Lithium-Schwefel-Festkörperbatterie (All-Solid-State Lithium-Sulfur Battery, ASSLSB) entwickelt, in denen die langsamen Redox-Reaktionen mit Hilfe eines neuen Materials und einer neuen Methode stark beschleunigt werden konnten.

In dem Aufsatz in Nature wird die Erfindung „lithium thioborophosphate idodide (LBPSI) glass-phase solid electrolytes (GSEs)“ genannt. Damit könne die „Energiedichte der aktiven Zonen entscheidend erhöht werden“, so die chinesischen Wissenschaftler.

Das Ergebnis sei eine „ultra-schnelle Ladefähigkeit“ gekoppelt mit einer ebenfalls sehr hohen Zyklus-Stabilität. Selbst nach 25.000 Ladezyklen liege die Speicherkapazität dieser neuen Festkörperbatterie noch bei 80,2 Prozent (bei 5C und 25 °C). Dieser Forschungserfolg könnte in Zukunft – sobald die Serienfertigung solcher Festkörperbatterien möglich wird – einen großen Einfluss auf verschiedene Kategorien von Produkten haben, wie die nächste Generation von Powerbatterien in Elektrofahrzeugen, bemannte und unbemannte Flugdrohnen und auch hochqualitative Batterien für Elektronik, schreiben chinesische Fachmedien.

Fertigt Honda Anfang 2025 in Kleinserie?

In Japan hat der Autobauer Honda unterdessen die Fachwelt mit der Ankündigung in Aufregung versetzt, noch Anfang dieses Jahres mit der ersten Serienfertigung einer Festkörperbatterie beginnen zu wollen. Im November enthüllte Honda in Sakura City in der Präfektur Tochigi eine „Produktionslinie für Demonstrationszwecke“, in der ebenfalls auf Lithium-Schwefel-Technologie basierende Festkörperbatterien in kleinen Serien schon ab Januar 2025 in kleinen Serien gefertigt werden sollen – um die entsprechenden Prozesse zu verifizieren, wie das Unternehmen erläuterte.

Diese Nachricht ging um die Welt, denn bislang hatte es mit Festkörperbatterien noch niemand bis zur Serienfertigung gebracht. „Toyota hat die Festkörper-Revolution begonnen, aber Honda könnte sie vollenden“, kommentierte das Auto-Fachportal Topspeed.com. Man habe einen Meilenstein sowohl für Honda als auch für Japan erreicht, sagte ein Manager des Autobauers stolz.

Fördermaßnahmen für Kommerzialisierung von Festkörperbatterien

Die japanische Regierung setzt – ebenso wie die chinesische – große Hoffnungen darauf, die Technologieführerschaft bei Festkörperbatterien zu erobern und hat im vergangenen Jahr umgerechnet 637 Millionen Euro für die Förderung entsprechender Projekte ausgegeben.

METI, das japanische Ministerium für Wirtschaft, Handel und Industrie hat auch einen detaillierten Plan verfasst, demzufolge in Japan ab 2030 die Kommerzialisierung von Festkörperbatterien beginnen soll. Zum Teil aufgrund dieser staatlichen Förderung führt Japan momentan weltweit bei der Anmeldung von Patenten für die Entwicklung von reinen Festkörperbatterien (ASSB).

Einem Bericht von TrendForce zufolge stammten zuletzt 36 Prozent aller einschlägigen Patenten aus Japan. China folgte mit 27 Prozent und Südkorea mit 18 Prozent. Auf den hinteren Plätzen rangieren die USA mit 11 und Deutschland mit 4 Prozent.

Wettbewerb beflügelt das Geschäft

Allerdings wird Japans Hoffnung, bei der Kommerzialisierung der neuen Batterie-Technologie global gesehen die Nase vorne zu haben, damit noch nicht automatisch in Erfüllung gehen. Für China spricht – neben seinen sehr aktiven Materialwissenschaftlern – auch die kürzlich verkündete Unterstützung der Pekinger Regierung für die „Low Altitude Economy“ mit Fracht- und Passagierdrohnen, aus der eine große Nachfrage für Festkörperbatterien und damit mögliche Skalierungen bei ihrer Produktion resultieren.  (se)

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