Die Batterie, die immer zwei Jahre entfernt bleibt

Eine Lithium-Ionen-Zelle hat zwei Elektroden und einen flüssigen Elektrolyten, der Ionen dazwischen trägt. Die Flüssigkeit ist organisch, brennbar und der Grund, warum eine beschädigte Zelle brennen kann. Ersetzen Sie sie durch einen Feststoff, und Sie bekommen grundsätzlich eine Zelle, die nicht brennt, eine Lithium-Metall-Anode mit weit mehr Kapazität verträgt, schneller lädt und länger hält.

Grundsätzlich. Der Grundsatz ist seit den Siebzigern klar.

Warum Feststoffe schwer sind

Kontakt. Eine Flüssigkeit benetzt jede Oberfläche, die sie berührt. Ein Feststoff berührt einen anderen Feststoff an einzelnen Punkten, und Ionen gehen nur dort hinüber, wo Kontakt besteht. Beim Laden und Entladen dehnen sich die Elektroden aus und ziehen sich zusammen, Kontakt geht verloren, der Widerstand steigt und die Kapazität schwindet. Den Kontakt zu halten verlangt meist Druck, und ein Batteriepaket, das ein Jahrzehnt lang mechanisch verspannt bleiben muss, ist ein Verpackungsproblem, das niemand wollte.

Dendriten. Lithiummetall scheidet sich nicht gleichmäßig ab. Es wächst als Nadeln, die den Elektrolyten durchstoßen und die Zelle kurzschließen. Ein Feststoff sollte sie mechanisch aufhalten. In der Praxis finden sie Korngrenzen und Risse und wachsen trotzdem durch, schneller bei den hohen Laderaten, die die Technik erst ermöglichen sollte.

Fertigung. Keramische Elektrolytschichten müssen dünn, fehlerfrei und millionenfach zu Automobilkosten hergestellt werden. Die Branche hat hundert Jahre Erfahrung mit dem Walzen und Beschichten mit Flüssigkeiten und sehr wenig damit, dünne Keramikfolien in dieser Menge zu erzeugen. Das, nicht die Chemie, ist der Grund, warum die Zeitpläne sich immer weiter verschieben.

Was still gewonnen hat

Während Feststoff zwei Jahre entfernt war, hat Lithium-Eisenphosphat übernommen. Es hat weniger Energiedichte, ist billiger, kommt ohne Kobalt und Nickel aus, verträgt mehr Ladezyklen und ist thermisch weit stabiler. Bauformen, die Zellen direkt ins Paket setzen und die Modulstruktur weglassen, haben viel des Dichtenachteils auf Paketebene aufgeholt.

Das Ergebnis ist, dass der Massenmarkt für Elektroautos und für Netzspeicher auf einer Chemie läuft, die Verfechter der Feststoffzelle für einen Rückschritt hielten. Das ist ein vertrautes Muster: Die gut genuge Technik, die billig und fertigbar ist, schlägt die bessere, die keines von beidem ist.

Natrium-Ionen folgt derselben Logik einen Schritt weiter. Wieder weniger Dichte, gar kein Lithium, billigere Rohstoffe und völlig ausreichend für stationäre Speicher, wo Gewicht keine Rolle spielt.

Wo Feststoff zuerst auftauchen wird

Nicht in einem Massenmarktauto. In Anwendungen, in denen Energiedichte einen großen Aufschlag wert ist und die Stückzahlen klein sind: Luftfahrt, Verteidigung, Oberklassefahrzeuge, medizinische Implantate und Unterhaltungselektronik. Halbfeste und gemischte Bauformen, die eine kleine Menge Flüssigkeit oder Gel an der Grenzfläche behalten, sind der realistische Zwischenschritt und werden bereits in geringen Mengen ausgeliefert.

Mehrere Hersteller haben Pilotlinien und begrenzte Produktion angekündigt. Der Abstand zwischen einer Pilotlinie und einer Großfabrik mit Ausbeute zu Automobilkosten ist das ganze verbleibende Problem.

Was das heißt, wenn Sie den Sektor beobachten

Seien Sie skeptisch bei Energiedichten, die an einer Laborzelle gemessen wurden, also an einer einzelnen kleinen Probe unter idealen Bedingungen. Die Zahlen, auf die es ankommt, sind Zyklenfestigkeit bei Automobiltemperaturen, Ausbeute in Serie und Kosten je Kilowattstunde auf Paketebene.

Achten Sie auch darauf, was die Ankündigung nicht sagt. Eine Mitteilung, die Reichweite und Ladezeit nennt, aber keine Zyklenfestigkeit, beschreibt eine Vorführung.

Worauf zu achten ist

Achten Sie auf eine veröffentlichte Zyklenfestigkeit über tausend Zyklen bei kaufmännisch relevanten Laderaten, aus einer Fertigungslinie statt aus einem Labor. Achten Sie auf Kosten auf Paketebene, nicht auf Zellebene. Und achten Sie darauf, ob die ersten Fahrzeuge mit diesen Zellen Oberklassemodelle sind, was die Rechnung vorhersagt.