11 Dinge, die Sie über Festkörperbatterien wahrscheinlich nicht wissen

Um die Dinge etwas zu vereinfachen, gibt es nur einen großen Unterschied zwischen einer Lithium-Ionen- und einer Festkörperbatterie: Letztere hat einen festen Elektrolyten anstelle eines flüssigen.

Aber dank dieser Änder Um die Dinge etwas zu vereinfachen, gibt es nur einen großen Unterschied zwischen einer Lithium-Ionen- und einer Festkörperbatterie: Letztere hat einen festen Elektrolyten anstelle eines flüssigen.

Aber dank dieser Änderung in der Batteriematerialchemie könnten Festkörperbatterien einen massiven Wandel bewirken, sobald sie weit verbreitet sind.

Denken Sie daran, dass Festkörperbatterien noch

Denken Sie daran, dass Festkörperbatterien noch kein massenproduziertes Konsumprodukt sind (was bedeutet, dass alles, was wir hier sagen, mit einem großen Sternchen versehen ist), aber bei Berücksichtigung dessen, hier sind einige Dinge, die Sie möglicherweise nicht über sie wussten. Sie sind energie-dichter.

Photoman/Getty Images Eines der größten Verkaufsargumente für die Festkörperbatterie ist eindeutig ihre Energiedichte, d. h. wie viel Energie Sie im Vergleich zu einer anderen Batterie gleicher Größe und Masse daraus gewinnen können. Lithium-Ionen-Batterien haben ihre Energiedichtemaxima mehr oder weniger bereits erreicht.

Als Übergangslösung gab es einige Fortschritte wie Silizium-Kohlenstoff-Batterien, aber diese bringen eigene erhebliche Nachteile mit sich, wie eine schlechte Lebensdauer. Wir sind bei unseren aktuellen Batterietechnologien hinsichtlich der Energiedichte an unsere Grenzen gestoßen.

Eine Festkörperbatterie könnte hingegen die Energiedichte

Eine Festkörperbatterie könnte hingegen die Energiedichte einer Flüssigelektrolytbatterie um das Zehnfache betragen. Ein absolut gewaltiger Sprung, selbst wenn wir nur einen Bruchteil dieser Steigerung erreichen.

Stellen Sie sich ein Smartphone vor, das nicht nur kaum einen Tag hält, sondern fast eine ganze Woche lang keinen aufgeladen werden muss. Es ist leicht, sich andere Bereiche vorzustellen – wie tragbare Gaming-PCs –, bei denen eine längere Akkulaufzeit das Spiel verändern würde.

Natürlich ist es großartig, Smartphones, Ohrhörer und Laptops zu haben, die seltener aufgeladen werden müssen, aber der wahre Gewinner, wenn es um die Energiedichte geht, sind Elektrofahrzeuge (EVs).

Reichweitenangst ist sehr real und trägt

Reichweitenangst ist sehr real und trägt zur Akzeptanzrate von Elektrofahrzeugen bei.

Nun könnten wir bald sehen, dass chinesische E-Fahrzeuge eine Reichweite von bis zu 900 Meilen im Vergleich zu Teslas ungefähr 400 Meilen im Jahr 2026 erreichen. Noch besser wäre der Gewinn für Speichersysteme für erneuerbare Energien.

Wenn erneuerbare Energien mehr Energie speichern und speichern können, gewinnen alle. Kurz gesagt, Festkörperbatterien könnten viel mehr Energie in dieselbe Form passen.

Haltbarkeit im Praxistest

Sie könnten auch mehr Ladezyklen haben.

Pixel-Shot/Shutterstock Eine weitere große Schwäche von Lithium-Ionen-Batterien ist ihre allmählich abnehmende Lebensdauer.

Jedes Mal, wenn man sie lädt, nimmt ihre Gesamtkapazität um einen winzigen Betrag ab, weshalb man oft hört, dass Lithium-Ionen-Batterien (insbesondere in Unterhaltungselektronik) nur etwa 500 Zyklen durchhalten und in Elektrofahrzeugen bis zu 5.000 Zyklen (laut Battery University).

Deshalb muss Ihr Telefon nach einigen

Deshalb muss Ihr Telefon nach einigen Jahren normaler Nutzung einen Akkuwechsel erfahren, und deshalb müssen Lithium-Ionen-Geräte sehr gut gepflegt werden, damit sie so lange wie möglich halten.

Obwohl wir einen großen Teil dieses Materials recyceln können, wäre es besser für die Umwelt (und die Benutzerfreundlichkeit), wenn die Batterien einfach länger halten – und das ist ein weiteres Versprechen, das Festkörperbatterien machen könnten.

Es ist schwer, eine spezifische Schätzung dafür zu finden, wie viele weitere Zyklen Festkörperbatterien hätten, und diese Zahl wird wahrscheinlich zwischen kleinen elektronischen Geräten und Elektrofahrzeugen variieren. Aber stellen Sie sich ein Telefon vor, das nicht nur eine Woche hält, sondern bis zu 6.000 Mal aufgeladen werden kann.

Bei Elektrofahrzeugen ist dieser Vorteil noch

Bei Elektrofahrzeugen ist dieser Vorteil noch ausgeprägter. Sie könnten es 5.000 Mal aufladen und immer noch 90 % der Akkukapazität haben (laut ZME Science).

Alles, was mit einer Festkörperbatterie betrieben wird, würde daher leicht Jahre länger halten als ein ähnliches Produkt mit einer herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterie. Wir wären weniger verärgert über Produkte, die keine austauschbaren Batterien haben, und wir würden dem Planeten einen Gefallen tun, indem wir unseren Elektroschrott reduzieren.

Sie könnten schneller laden Irene Miller/Shutterstock Seien wir ehrlich zu Lithium-Ionen-Akkus, einige laden beeindruckend schnell.

Erinnern Sie sich daran, wie Sie

Erinnern Sie sich daran, wie Sie 2023 vom GT Neo 5 von Realme beeindruckt waren?

Es bot eine vollständige Aufladung in nur 10 Minuten. Einige Lithium-Ionen-E-Auto-Akkus haben sogar dieselbe Behauptung aufgestellt.

Das könnte bei Batterien nur die Spitze des Eisbergs sein. Sehen Sie, Festkörperbatterien sind nicht nur damit zufrieden, die Mittagsläufe ihrer Vorgänger zu stehlen, was die höhere Wattzahl im gleichen Volumen und das viele Wiederaufladen betrifft; sie könnten auch einfach schneller laden.

Wie viel schneller?

Wie viel schneller? Einige Schätzungen deuten darauf hin, dass Sie den gesamten Akku Ihres Elektrofahrzeugs in mageren zwei Minuten aufladen könnten.

Großzügigere Schätzungen nennen zehn Minuten. Andere deuten darauf hin, dass ein Smartphone in unter 10 Minuten aufgeladen werden könnte.

Obwohl all diese auffälligen Schätzungen sehr unterschiedlich sind, ist der Punkt einfach: Festkörperbatterien könnten unsere Vorstellung davon, was „schnell“ laden bedeutet, neu gestalten.

Wir wollen sehr deutlich machen,

Wir wollen sehr deutlich machen, dass dies bisher unbestätigte Versprechen sind, die von Parteien gemacht wurden, die Dinge zu ihrem eigenen Vorteil übertreiben könnten.

Aber selbst wenn sie auch nur ein wenig wahr sind, könnten die Vorteile in eingesparer Zeit enorm sein. Vielleicht könntest du eines Tages einen ganztägigen Ladevorgang für dein Telefon während deiner zehnminütigen Arbeitsunterbrechung bekommen oder dein E-Fahrzeug schneller aufladen als jemand, der sein Verbrennungsmotorfahrzeug an der Zapfsäule betankt.

Sie könnten aus Salz oder Glas bestehen Synergee/Getty Images Der Kern einer Lithium-Ionen-Batterie – Lithium – ist ein sehr problematisches Material, um die Grundlage der wichtigsten Batterietechnologie der Welt zu bilden. Sein Abbau ist intensiv, was enorme Schäden für die Umwelt verursacht, und dabei ist es nicht billig.

Selbst mit dem Versprechen, dass wir

Selbst mit dem Versprechen, dass wir gebrauchte Batterien recyceln und bis zu 90 % des Lithiums zurückgewinnen könnten, ist es ein kritisches Mineral, und wir wären besser beraten mit etwas, das reichlicher und weniger umweltschädlich ist.

Festkörperbatterien könnten alle Vorteile bieten, die wir erwähnt haben, und aus einigen der am häufigsten auf der Erde vorkommenden Elemente hergestellt werden. Ein Bericht von Science Daily aus dem Jahr 2025 zufolge könnten einige Festkörperbatterien mit einem natriumbasierten Elektrolyten betrieben werden.

Natrium ist günstig – Ihr Tafelsalz ist natriumchlorid – was dazu beitragen könnte, die Kosten der Batterieproduktion und wahrscheinlich den Endkundenpreis zu senken. Außerdem ist es eines der am häufigsten vorkommenden Elemente auf der Erde.

Es ist schwer vorstellbar, dass die

Es ist schwer vorstellbar, dass die Menschheit jemals an einem Natriummangel scheitern würde. Wir könnten auch sehen, dass einige Festkörperbatterien Glas verwenden.

Ähnlich wie Natrium besteht Glas aus gängigen Materialien und nicht aus kritischen Mineralien, die wir intensiv aus der Erde gewinnen müssen.

Die Idee mit dem Glas stammt von John Goodenough, einem Helden in der Geschichte der wiederaufladbaren Lithium-Ionen-Batterien.

Sie könnten das Problem der Batteriebrände

Sie könnten das Problem der Batteriebrände mildern. Just_super/Getty Images Es ist kein Geheimnis, dass Lithium-Ionen-Batterien Feuer fangen können.

Ob in der Elektronik oder bei Elektrofahrzeugen, es ist immer ein Risiko, egal wie gut Sie sie behandeln. Um die Sache noch schlimmer zu machen, brennen diese Batterien intensiv, weshalb Fluggesellschaften die regulatorischen Auflagen immer weiter verschärfen und Feuerwehrleute Angst vor einem Anruf wegen eines brennenden E-Fahrzeugs haben.

Dies wird durch die Tatsache nicht verbessert, dass Lithium-Ionen-Batterien von Natur aus beim Laden eine beträchtliche Menge Wärme erzeugen. Selbst wenn sie einfach nur da stehen, kühl und unberührt, besteht ein kleines, aber reales Risiko, dass sie Ihr Haus in Brand stecken können.

Festkörperbatterien könnten hier erneut den Tag

Festkörperbatterien könnten hier erneut den Tag retten. Erstens ist Lithium brennbar, aber die Elektrolyte in Festkörperbatterien nicht.

Es ist schwer zu verbrennen, wenn Ihre Komponenten nicht leicht brennen. Festkörperbatterien werden Wärme erzeugen, das ist nicht zu verbergen, aber die Art und Weise, wie sie damit umgehen, ist viel stabiler.

Sie sind möglicherweise auch nicht anfällig für den thermischen Durchgehen, das das Übel aller Lithium-Ionen-Batterien ist. Wir wollen noch einmal betonen, dass alles, worüber wir sprechen, theoretisch ist.

Einige Studien haben die angenommene thermische

Einige Studien haben die angenommene thermische Stabilität von Festkörperbatterien in Frage gestellt. Eine in ScienceDirect veröffentlichte Studie deutet darauf hin, dass Festkörperbatterien sogar heißer werden könnten als ihre Vorgänger und umliegende Materialien in Brand setzen könnten, selbst wenn sie selbst nicht brennen.

Insgesamt deuten die Beweise jedoch stark darauf hin, dass Festkörperbatterien die Auswirkungen von Elektrofahrzeugbränden mindern und dass selbst kleine Dinge – wie das Aufflammen von Vapes in den Taschen von Menschen – eine Seltenheit sind. Sie wurden 1831 entdeckt.

Überall, wo Sie über Festkörperbatterien lesen, werden sie als fast Science-Fiction-Technologie dargestellt, was den Eindruck erweckt, dass es sich um eine neuartige Entdeckung handelt. Das ist überhaupt nicht der Fall.

Vor fast 200 Jahren wurden bereits

Vor fast 200 Jahren wurden bereits Festelektrolyte entdeckt. Michael Faraday – der Wissenschaftler, nach dem die Faraday-Käfige benannt sind – experimentierte im 19.

Jahrhundert mit der Elektrochemie.

Ab 1831 arbeitete er mit beiden Technologien, die wir heute kennen – flüssige und feste Elektrolyte – über einen Zeitraum von einigen Jahren (über NCBI).

Beachten Sie, dass er die Batterien

Beachten Sie, dass er die Batterien nicht erfand, sondern nur die Elektrolytmechanik, die ihnen zugrunde liegt. Elektrochemische Batteriezellen (die Grundlage unserer modernen Batterien) existierten bereits vor Faraday dank Alessandro Volta, der sie 1800 der wissenschaftlichen Welt vorstellte.

Natürlich könnte die Wissenschaft der Festkörperbatterien bekannt gewesen sein, aber sie waren noch nicht einsatzbereit.

Erst in den späten 1960er Jahren zeigten große Durchbrüche das Potenzial von Festkörpern – und wie Sie sehen können, haben wir selbst 60 Jahre später noch nicht das Potenzial einer auf Materialien aufgebauten Technologie realisiert, die erstmals im frühen 19. Jahrhundert identifiziert wurde.

Mögliche Anwendungen

Sie betreiben bereits Herzschrittmacher und Hörgeräte AYO Production/Shutterstock Angesichts all dessen, was wir bisher gesagt haben, haben wir Sie vielleicht getäuscht, den Leser, in dem Glauben verfallen zu lassen, dass Festkörperbatterien eine in Entwicklung befindliche Technologie mit keinen realen Anwendungen sind.

Machen Sie sich bereit für Überraschungen. Festkörperbatterien sind seit 1972 die Batterie der Wahl für Herzschrittmacher.

Da diese Geräte offensichtlich sehr, sehr lange halten müssen und daher so viel Energie wie möglich in so kleinem einem Gehäuse speichern müssen (Herzschrittmacher lassen sich keineswegs leicht ersetzen), ist das logisch. Einige Hörgeräte verwenden auch Festkörperbatterien.

Mögliche Anwendungen

Dies ist eine relativ neue Entwicklung, aber dennoch vielversprechend. Natürlich gibt es hier Potenzial für andere kleine Geräte (denken Sie an Bluetooth-Ohrhörer und Smartwatches), die relativ wenig Strom verbrauchen, aber dennoch dazu neigen, lästig häufig aufgeladen werden zu müssen.

Die Herstellung von Festkörperbatterien scheint einfacher zu sein, wenn sie für diese kleineren, spannungsarmen Anwendungen konzipiert sind. Dies ist ein weiterer Bereich, in dem eine massive technologische Innovation dringend erforderlich ist.

Bluetooth-Ohrhörer wie die AirPods Pro scheinen bei der 6-8-Stunden-Marke festzustecken.

Selbst eine Verdoppelung dieser Zahl würde

Selbst eine Verdoppelung dieser Zahl würde die Einschränkungen von Bluetooth deutlich erträglicher machen.

Sie könnten auch von Kälte unbeeinflusst sein. Eyeswideopen/Getty Images Lithium-Ionen-Batterien sind das „Goldlöckchen“ der Tech-Welt, weil sie Temperaturextreme ablehnen.

Hitze verursacht, wie wir bereits besprochen haben, einen thermischen Durchgehen, aber Kälte lässt sie deutlich schlechter funktionieren und kann sie ironischerweise sogar anfälliger für Batteriebrände machen. Eine der größten Kritikpunkte an Elektrofahrzeugen war schon immer ihre eingeschränkte Reichweite bei kaltem Wetter.

Nicht jeder lebt in dem milden

Nicht jeder lebt in dem milden Südkalifornien.

Doch als wären sie mit Slam Dunks bei Energiedichte, Ladezyklen und der thermischen Stabilität von Batterien nicht zufrieden, könnten Festkörperbatterien auch der Kälte gleichgültig gegenüberstehen.

Ein Teil des Grundes, warum Kälte Flüssigbatterien so stark beeinflusst, ist, dass sie den Lithiumelektrolyten verdickt und verlangsamt, was wiederum den chemischen Prozess verlangsamt. Bei einem festen Elektrolyten ist das kein Problem mehr – auch wenn das nicht bedeutet, dass Festkörperbatterien immun gegen Kälte sind.

In dieser Studie behaupten Forscher,

In dieser Studie behaupten Forscher, dass die Verwendung eines speziellen homogenen nichtkristallinen Festkörpers einen Festkörper ermöglichen würde, der bei extrem kalten Bedingungen bis zu -60 Grad Celsius (-76 Grad Fahrenheit) arbeitet. Eine andere Studie behauptet, dies auf -73 Grad Celsius (-99,4 Grad Fahrenheit) zu senken.

Wir möchten betonen, dass sehr wenige Menschen in Temperaturen leben, die so niedrig sind. Wenn Festkörperbatterien diesen Schwellenwert erreichen können, verliert das Argument, dass ein Elektroauto in den eisigen, verschneiten nördlichen Bundesstaaten kein gutes Auto ist, an Gewicht.

Auch Speicherlösungen für Batterien (d. h. solche, die zur Versorgung des Netzes dienen), die kalten Temperaturen ausgesetzt sind, könnten ähnlich profitieren. Und selbst für den durchschnittlichen Verbraucher könnte dies ein großer Vorteil sein.

Das Paar Ohrhörer, das Sie

Das Paar Ohrhörer, das Sie im eisigen Auto zurückgelassen haben, wird nicht mehr leer gehen. Der Mann, der die Lithium-Ionen-Batterien vorangetrieben hat, arbeitete an Festkörperbatterien Peter Summers/Getty Images In der Geschichte der Lithium-Ionen-Batterien gibt es vielleicht niemanden so berühmten wie John B.

Goodenough. Er erfand nicht wiederaufladbare Lithiumbatterien, aber ohne ihn hätten wir vielleicht nicht die Chemie freigeschaltet, die sie zur Batterie der Wahl machte.

Er erhielt einen Nobelpreis für seine Bemühungen und war in anderen Bereichen eine Legende (Sie können ihm auch den RAM verdanken), obwohl seine Geschichte nicht dort endete. Der Mann setzte seine Forschung zu Batterien an der University of Texas fast bis zu seinem Ableben im Jahr 2023 mit 100 Jahren fort.

Wie das Sprichwort sagt, waren Lithium-Ionen-Batterien

Wie das Sprichwort sagt, waren Lithium-Ionen-Batterien für ihn nicht „gut genug“, und so half er bei der Entwicklung der glasbasierten Festkörperbatterie. Wir wollen das Vermächtnis des Mannes nicht beschmutzen, müssten aber zugeben, dass es eine erhebliche Debatte darüber gibt, ob seine glasbasierte Batterie funktionieren würde.

Einige argumentieren, dass die Funktionsweise die Gesetze der Physik verletzen würde. Das Einzige, was wir tun können, ist abzuwarten, bis sein Team – das immer noch an der glasbasierten Batterie arbeitet – einen Prototyp vorlegt, der extern getestet werden kann.

So oder so verdient Goodenough nichts als Lob dafür, dass er bis in seine späten Jahre das weltweite Energiespeicherproblem unermüdlich angegangen ist, als die meisten Menschen im Ruhestand genießen würden. Sie erfordern immensen Druck für die Herstellung (noch).

FusePongsakorn/Shutterstock Wir haben die Festkörperbatterien gelobt.

FusePongsakorn/Shutterstock Wir haben die Festkörperbatterien gelobt. Nun ist es an der Zeit, einen Schritt zurückzutreten und ihre Schwächen aufzuzeigen.

Schließlich funktioniert die Festkörperbatterie als Technologie – wir haben dies demonstriert – doch es gibt Dinge, die verhindern, dass sie derzeit alltäglich werden, und das könnte ihre zukünftige Vorherrschaft trüben.

Ein großes Hindernis, das Wissenschaftler immer noch zu beseitigen versuchen, ist die Tatsache, dass Festkörperbatterien nicht bei niedrigem Druck hergestellt werden können. Dies trägt – zumindest teilweise – zu ihrem derzeit kostspieligen und ertragsarmen Herstellungsprozess bei.

Denken Sie daran, dass einer der

Denken Sie daran, dass einer der großen Vorteile von Lithium-Ionen-Batterien ist, dass sie unglaublich billig herzustellen sind, so billig, dass die Preise manchmal sinken, selbst wenn ihre Materialkosten steigen.

Im Grunde werden Festkörperbatterien während des Herstellungsprozesses einem intensiven Druck (mehrere hundert Megapascal) ausgesetzt, um sie zu bauen.

Zu Referenz dient 1 Megapascal (MPa) einem Druck von fast 10 Atmosphären.

Auch Festkörperbatterien müssen während des Betriebs

Auch Festkörperbatterien müssen während des Betriebs unter hohem Druck bleiben.

Angesichts dessen arbeiten Wissenschaftler bereits intensiv an der Entwicklung von Materialien und Fertigungsprozessen mit niedrigem Druck.

Es ist nun einfach ein Warngerüstspiel zu sehen, welcher Prozess sich als am effektivsten für die Skalierung zur Herstellung von Milliarden von Batterien erweist. Die Kosten sind die größte Hürde für die Massenakzeptanz.

Pormezz/Shutterstock Die Anforderungen an die Hochdruckfertigung

Pormezz/Shutterstock Die Anforderungen an die Hochdruckfertigung sind nur ein Teil des Grundes, warum Sie noch kein Smartphone oder Elektrofahrzeug mit einer Festkörperbatterie besitzen. Die größte Hürde ist eindeutig einfach die Kosten.

Ob Sie es glauben oder nicht, Sie können bereits Geräte mit Festkörperbatterien kaufen, die keine Herzschrittmacher und Hörgeräte sind.

Nehmen Sie zum Beispiel die BMX SolidSafe 5000mAh Powerbank, die mit dem niedrigen Preis von $79,99 beginnt.

Selbst dann ist sie nicht

Selbst dann ist sie nicht zu 100 % festkörperbasiert; sie verwendet eine semi-festkörperbasierte Konstruktion, die sich stärker auf die reduzierte Entflammbarkeit konzentriert als auf die anderen Vorteile, die wir von Festkörperbatterien gesehen haben. Man kann sehen, wohin wir mit diesem Trend gehen.

Jüngste Studien setzen den Preis pro Kilowattstunde ($/kWh) für Festkörperbatterien auf über $100. Vergleichen Sie das mit den Lithium-Ionen-Batterien, die wir bereits verwenden und die 2025 etwa $74 (pro Zelle) kosten und bei einigen Chemien nur $52.

Auch dieser Preis wird wahrscheinlich nur sinken, da Lithium-Ionen seit 2013 einen stetigen Abwärtstrend aufweisen.

Berücksichtigen Sie auch, dass eine ganze

Berücksichtigen Sie auch, dass eine ganze Industrie darum aufgebaut ist, solch große Mengen von Batterien herzustellen, während Festkörperbatterien scheinbar größtenteils Prototypen sind, die in kleinen Mengen für die Forschung und Entwicklung hergestellt werden.

Es ist auch keine einfache Sache, eine günstige Festkörperbatterie herzustellen; es geht darum, die weltweite Produktion – Fabriken, Lieferketten usw. – hochzufahren, um die buchstäblichen Milliarden zu bauen, die unsere Geräte und Autos benötigen.

Aus diesem Grund können Sie kein Elektrofahrzeug mit einer Festkörperbatterie bekommen, selbst wenn die Schlagzeilen weiterhin mit Elektrofahrzeugen mit sehr hoher Reichweite werben. Die Technologie ist vorhanden.

Der schwierige Teil ist das Glätten der rauen Kanten und das Herausfinden des richtigen Ansatzes, um es weit verbreitet und profitabel zu machen.