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Feststoff-Batterie mit 800.000 km Lebensdauer

Bringt Samsung die Super-Batterie?

Die Festkörperbatterie gilt länger schon als der heilige Gral der Batterie-Zellenforschung. Jetzt hat Elektronikkonzern und Akkuhersteller Samsung den Prototyp einer Feststoffzelle vorgestellt. Den neuen Akku bezeichnen die Koreaner selbst als "bahnbrechend".

Feststoff-Batterien heißen so, weil ihr Elektrolyt, also die Verbindung zwischen den Elektroden, nicht flüssig, sondern eben fest ist. Beim Material kann es sich um Keramik oder (kunststoffartige) Polymere handeln. Die Vorteile: Die Zellen von Feststoffbatterien haben eine größere Energiedichte; gleichzeitig erlauben sie den Aufbau größerer Module, weil sie stabiler sind. Das macht die Akkus einfacher, kompakter, leichter sowie billiger. Auch der Aufbau bringt eine Steigerung der Energiedichte, denn weniger Module brauchen weniger Randschichten und Verdrahtung. Zudem reicht Luftkühlung, da die Zellen weniger hitzeempfindlich sind. Wegen der fehlenden Flüssigkeit sinkt außerdem die Brennbarkeit praktisch auf Null – zumindest in den Temperaturbereichen, die beim Auto erreicht werden. Grund genug also, die Feststoff-Akku-Technologie voranzutreiben.

Anode ohne Lithium, hohe Lebensdauer

Samsung aber verabschiedet sich bei seinem Prototyp – was bei Feststoff-Batterien nicht zwingend ist – auch von Lithium als Anodenmaterial. Vielmehr setzen die Koreaner auf eine Kompositschicht aus Silber-Karbon.

Das Material führt einerseits zu einer höheren Kapazität und löst andererseits das Problem der so genannten Dendritenbildung von Lithium-Feststoffbatterien. Dendriten sind elektrochemische Ablagerungen von Metall an den Elektroden eines Akkus; ihre Entstehung lässt sich mit dem Prinzip von Tropfsteinen vergleichen. Bei Lithium-Ionen-Akkus kann sich beispielsweise Lithium an den Elektroden ablagern und dort mit der Zeit zu kleinen Nadeln heranwachsen, die im schlimmsten Fall die Trennschicht zwischen Anode und Kathode (Separator) durchstoßen, was wiederum einen Kurzschluss zur Folge hat.

Die Dendritenbildung ist eine typische Alterungserscheinung von Akkus. Der Samsung-Akku hat also eine besonders hohe Lebensdauer. Die Batterie soll bis zu 1.000 Ladezyklen überstehen.

Hohe Energiedichte ermöglicht 800 Kilometer Reichweite

Samsung entwickelt gezielt auf Anwendungen in der Elektromobilität hin und verspricht dank der (prinzipbedingt) hohen Kapazität Reichweiten in Elektroautos von 800 Kilometer pro Vollladung. Der Akku könnte also 800.000 Kilometer halten.

Die volumetrische Energiedichte beträgt 900 Wattstunden pro Liter (Wh/l). Zum Vergleich: Die jüngsten Tesla-Batterien liegen angeblich bei 820 Wh/l. Im Vergleich zu einer Lithium-Ionen-Batterie soll der Samsung-Protoyp sogar um 50 Prozent kleiner sein. Weiterer Vorteil: Das neue Anodenmaterial Silber-Karbon erlaubt eine Dicke von nur 5 Mikrometern – deutlich flacher als herkömmliche Lösungen bei Lithium-Ionen-Batterien.

Samsung Solid State SAIT Feststoff Batterie Akku
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Sie arbeiten am Festststoff-Batterie-Projekt von Samsung: Yuichi Aihara, Chefingenieur, der Forscher Yong-Gun Lee, und Dongmin Im, Projektleiter SAIT (v.l.n.r.)

Der Projektleiter Dongmin Im vom Samsung Advanced Institute of Technology (SAIT) ist zuversichtlich: "Das Produkt dieser Studie könnte der technologische Grundstein für sicherere Hochleistungsbatterien der Zukunft sein". Aber der Haken an der Samsung-Entwicklung ist der gleiche wie an anderen vielversprechenden Konzepten: Der Prototyp ist längst nicht marktreif. Es braucht noch etliche Überarbeitungen und im Anschluss müssen die Koreaner Produktionsprozesse für die Massenfertigung entwickeln.

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Fazit

Wie zahlreiche Projekte zu (Auto-)Batterien der Zukunft, klingt das von Samsung vielversprechend – und zu gut, um wahr zu sein. Andererseits befasst sich der koreanische Konzern schon lange mit Akkus, der Kerntechnologie für den Marktführer bei Smartphones. Kompetenz und finanzielle Ressourcen des Konzerns lassen die Anstrengungen erfolgversprechender erscheinen als die reiner Forschungsprojekte. Sollte Samsung eine Batterie mit den in Aussicht gestellten Werten zur Marktreife bringen, würde das die Elektromobilität weit nach vorn bringen.

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