Von pv magazine Energy Storage
Die Kommerzialisierung von Festkörperbatterien ist in vollem Gange, und Branchen von Automotive bis zur Speicherindustrie setzen auf diese Technologie. Doch während der Hype um Vollfestkörperbatterien etwas abgeflaut ist und die Technologie länger als erwartet brauchte, um sich durchzusetzen, machen Halbfestkörperbatterien, die ein Hybriddesign aus festem und flüssigem Elektrolyt verwenden, stetige Fortschritte in Richtung Kommerzialisierung.
Die neuesten Erkenntnisse von Trendforce zeigen, dass große Hersteller auf der ganzen Welt – wie Toyota, Nissan und Samsung SDI – bereits mit der Pilotproduktion von Festkörperbatterien begonnen haben. Es wird geschätzt, dass die Produktionsmengen bis 2027 Gigawattstunden-Niveau erreichen könnten, da diese Unternehmen um die Steigerung ihrer Produktion wetteifern.
Die jahrzehntealte Technologie verspricht Verbesserungen bei der Sicherheit und Energiedichte, hatte aber bisher Schwierigkeiten, sich kommerziell durchzusetzen. Hohe Produktionskosten, komplexe Herstellungsverfahren und das Fehlen einer ausgereiften Lieferkette haben die Einführung gebremst. Inzwischen sind Halbfestkörperbatterien bereits weitgehend kommerzialisiert und werden derzeit in Elektrofahrzeugen eingesetzt. Laut Trendforce sind sie bereits im Gigawattstunden-Maßstab installiert, mit Zellenergiedichten von 300 bis 360 Wattstunden pro Kilogramm.
Der Anfangspreis für halbfeste Zellen übersteigt aufgrund kleiner Produktionsmengen und der relativen Unreife der Fertigungstechnologien 1 Yuan (12 Euro-Cent) pro Wattstunde. Trendforce geht davon aus, dass die Gesamtkosten für halbfeste Batterien mit zunehmender Produktionsmenge und technologischem Fortschritt bis 2035 unter 0,4 Yuan (5 Euro-Cent) pro Wattstunde fallen könnten.
Festkörperbatterien bewegen sich von Prototypzellen zur Produktion im technischen Maßstab und werden voraussichtlich auch mit hohen Produktionskosten in der Anfangsphase konfrontiert sein, die die anfänglichen Produktpreise erhöhen könnten. Trendforce prognostiziert, dass bis 2030, wenn der Umfang der Anwendungen von Festkörperbatterien 10 Gigawattstunden übersteigt, die Zellpreise wahrscheinlich auf etwa 1 Yuan (12 Euro-Cent) pro Wattstunde fallen werden. Bis 2035 könnten die Zellpreise bei einer schnellen, groß angelegten Marktexpansion weiter auf 0,6 bis 0,7 Yuan (7 bis 9 Euro-Cent) pro Wattstunde sinken.
Schwerpunkt auf sulfidbasierter SSB-Technologie
Heute gibt es drei konkurrierende Wege zur Herstellung von Festkörperbatterien auf der Grundlage verschiedener Elektrolytarten, und jede hat ihre eigenen technologischen Engpässe. Festkörperbatterien auf Polymerbasis sind relativ ausgereift und wurden bereits in Teilen Europas kommerzialisiert. So stellt beispielsweise das französische Unternehmen Blue Solutions bereits solche Festkörperbatterien für Elektrobusse von Daimler her. Diese Klasse von Batterien steht jedoch noch vor Herausforderungen in Bezug auf die Spannungstoleranz und die Ionenleitfähigkeit.
Oxid-Festkörperelektrolyte gelten als die chemisch stabilste Klasse von Festkörperbatterien, sind jedoch schwierig herzustellen. Der „Festkörper-Festkörper“-Kontakt zwischen dem Elektrolyten und den aktiven Kathoden-/Anodenmaterialien führt zu einem höheren Innenwiderstand.
Sulfidbasierte Festkörperbatterien weisen aufgrund ihrer Ionenleitfähigkeit, die der von flüssigen Elektrolyten am nächsten kommt und diese möglicherweise sogar übertrifft, ein besonders großes Potenzial auf. Diese Klasse von Festkörperbatterien wird von großen Entwicklern erforscht, darunter Toyota, Samsung SDI, LGES, SK On, CATL und BYD. Diese Chemie ist jedoch in der Luft instabil und sehr feuchtigkeitsempfindlich, was den Produktionsprozess komplexer macht und möglicherweise H2S-Gas freisetzt, das sowohl giftig als auch entflammbar ist.
Trendforce beurteilt die Entwicklung der Festkörperbatterietechnologie vorsichtig, aber optimistisch. „Obwohl wichtige Leistungsindikatoren wie Lade-/Entladeraten und Zyklenlebensdauer noch nicht das kommerzielle Niveau erreicht haben – und die aktuellen Kosten im Vergleich zu flüssigen Lithium-Ionen-Batterien nicht konkurrenzfähig sind – werden sich die Kosten für Festkörperbatterien mit zunehmender Produktion aufgrund strenger staatlicher Maßnahmen und Kapitalinvestitionen deutlich verbessern“, sagen die Analysten.
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