Berlin. Forscher aus China und Deutschland melden einen Durchbruch in der Batterietechnik. In nur 24 Sekunden soll ihr Akku aufgeladen sein.

Feststoffbatterien gelten als die große Hoffnung der Elektromobilität – und das aus gutem Grund. Sie versprechen, was sich Elektroautofahrer weltweit erhoffen: weniger Gewicht, höhere Energiedichte, blitzschnelle Ladezeiten und vor allem sollen sie weit weniger leicht entflammbar sein als ihre flüssigen Verwandten. Doch noch steckt die Technologie in den Kinderschuhen.

Ein aktueller Durchbruch könnte das ändern. Forscherteams der Peking University in China, der Justus-Liebig-Universität in Gießen und des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) berichten von einer Lithium-Schwefel-Batterie, die theoretisch mehr als 300 Jahre halten könnte.

Der Clou: Fester Glaselektrolyt löst chemische Probleme

Das Herzstück der Innovation ist ein Glaselektrolyt, der aus einer Mischung von Bor, Schwefel, Lithium, Phosphor und Jod besteht. Dieses Material löst eines der größten Probleme herkömmlicher Lithium-Schwefel-Batterien: die Bildung von löslichen Zwischenverbindungen. Diese entstehen, wenn Schwefel im flüssigen Elektrolyten mit Lithium reagiert und führen zu Kapazitätsverlusten und einer verkürzten Lebensdauer der Batterie.

Der feste Glaselektrolyt unterdrückt die Bildung dieser Verbindungen, während das enthaltene Jod die Redoxreaktion zusätzlich beschleunigt. Das heißt, es findet ein schnellerer Elektronenaustausch statt und die Batterie wird leistungsfähiger. Die Glasstruktur hat noch einen weiteren Vorteil: Sie verhindert Volumenänderungen der Schwefelkathode beim Laden, die häufig zu Rissen und damit zur Degradation von Batterien führen.

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Forschungsergebnisse: Ein Akku für die Ewigkeit

Die im Fachmagazin „Nature“ veröffentlichten Ergebnisse sind beeindruckend: Selbst nach 25.000 Ladezyklen hatte die Batterie noch 80 Prozent ihrer Kapazität. Zum Vergleich: Herkömmliche Lithium-Ionen-Akkus in Elektroautos überstehen meist nur 500 bis 1000 Ladezyklen, bevor ihre Leistung drastisch abnimmt.

Ein Rechenbeispiel zeigt die Dimensionen: Ein Elektroauto mit 400 Kilometern Reichweite und einer jährlichen Fahrleistung von 15.000 Kilometern müsste im Schnitt 75 Mal pro Jahr an die Ladestation – vorausgesetzt, die Batterie wird nicht jedes Mal vollständig aufgeladen. Mit einer Haltbarkeit von 25.000 Ladezyklen könnte dieser Akku theoretisch über 300 Jahre durchhalten.

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Noch spektakulärer sind die Ladezeiten des neuen Akkus: Bei einer Ladeleistung von 150C könnte der Akku in 24 Sekunden vollständig geladen sein – allerdings geht diese extreme Geschwindigkeit zu Lasten der Lebensdauer. Für den Alltag empfehlen die Forscher eine Ladezeit von 12 Minuten – immer noch ein Quantensprung im Vergleich zu heutigen Technologien.

Zur Einordnung: Der so genannte C-Koeffizient gibt an, wie lange eine Batterie zum vollständigen Be- und Entladen benötigt. Ein Wert von 1C bedeutet, dass das Be- und Entladen eine Stunde dauert. Je höher der Wert, desto schneller ist die Batterie geladen.

Eine Batterie für alle Fälle? Noch nicht ganz

Doch so vielversprechend die Ergebnisse auch sind, einige Fragen sind noch offen. So haben die Forscher noch keine Angaben zu Energiedichte, Gewicht und Volumeneffizienz der neuen Batterie gemacht. Auch wenn die Technik beeindruckend stabil erscheint, muss sie sich erst in der Praxis bewähren, bevor sie den Sprung in die Serienfertigung schafft.

Die Automobilindustrie setzt große Hoffnungen in die Feststoffbatterie. So hat Volkswagen über 300 Millionen Dollar in das US-Start-up Quantumscape investiert, das 2025 oder 2026 mit der Serienproduktion von Lithium-Metall-Feststoffbatterien beginnen will. Die aktuellen Forschungsergebnisse könnten diese Entwicklungen entscheidend beschleunigen und die Elektromobilität auf eine neue Stufe heben.

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