Kosten für Feststoffbatterie-Elektrolyte um 70% gesenkt: Neues Niederdruck-Verfahren macht es möglich
China hat kürzlich das weltweit erste Programm zur Kategorisierung und Standardisierung von Feststoffbatterien eingeführt. Das Land hat die Entwicklung dieser Technologie zu einer Priorität in seiner Planung für E-Fahrzeuge und Energiespeicher für die nächsten fünf Jahre erklärt.
Lokale Unternehmen – von Start-ups bis hin zu Branchenriesen wie CATL – haben bereits mit der Pilotproduktion von Festkörperbatterien begonnen. Deren Energiedichte liegt zwischen 360 und 500 Wh/kg. Durch den Einsatz von Polymerelektrolyten konnten die theoretischen Grenzen der Technologie sogar auf bis zu 700 Wh/kg angehoben werden.
Die Energiedichte der ersten in Massenproduktion gefertigten Festkörperbatterien wird jedoch deutlich unter dem bisherigen theoretischen Limit von 500 Wh/kg liegen. Unternehmen wie Hylic, das die weltweit erste dedizierte Produktionslinie für Festkörperbatterien in Betrieb genommen hat, oder Dongfeng, das seine eigenentwickelten Batterien derzeit in Fahrzeugen unter extremer Kälte testet, geben eine Energiedichte von 350 bis 360 Wh/kg an. Hylic begründet die vergleichsweise niedrige Energiedichte damit, dass das Unternehmen ein Gleichgewicht zwischen Leistung, Sicherheit und Herstellungskosten anstrebt, das für den Hochlauf der Serienproduktion geeignet ist.
Da die hohen Herstellungskosten die größte Hürde für eine erfolgreiche Kommerzialisierung darstellen, haben chinesische Forscher damit begonnen, auch dieses Problem zu lösen. Nachdem erste Erfolge bei der Strukturoptimierung herkömmlicher Zirkonium-Elektrolyte erzielt wurden, hat ein neues Forscherteam nun die chemische Rezeptur selbst verändert. Das Ziel besteht darin, die Materialkosten drastisch zu reduzieren. Damit lassen sich geschätzte Materialkosten von 43,70 $ (etwa 38 Euro) pro Liter erreichen, was etwa 70 % unter dem Preis des gängigen festen Elektrolyten Li₂ZrCl₆ liegt, der bereits für seine Kosteneffizienz bekannt ist.
Der neue Festelektrolyt besteht aus Lithium, Zirkonium, Aluminium, Chlor und Sauerstoff im Verhältnis 1,4 Li ₂ O − 0,75 ZrCl ₄ − 0,25 AlCl ₃ . Diese Verbindung bietet eine ausreichende Ionenleitfähigkeit, ist aber wesentlich flexibler und kann mit einem Bruchteil des Drucks aufgebracht werden, wodurch sich die Produktionskosten drastisch senken lassen. Das Material wurde bereits auf seine Kompatibilität mit gängigen Produktionsmethoden getestet und zeigte eine gute Kapazitätserhaltung.
„Die gleichzeitige Erreichung von hochgradig wettbewerbsfähiger mechanischer Flexibilität, Lithium-Ionen-Leitfähigkeit und Kosteneffizienz bei 1,4 Li₂O−0,75 ZrCl₄−0,25 AlCl₃ hat das Potenzial, den Weg für die Realisierung kommerzieller, praxistauglicher All-Solid-State-Lithium-Batterien zu ebnen“, so das Forschungsteam der University of Science and Technology of China.
