Festkörperbatterien sind der Hoffnungsträger der Autobranche. Ihre Energiedichte ist im Vergleich zu Lithium-Ionen größer, wodurch sie die Reichweite von Elektroautos nach oben schraubt. Gleichzeitig soll sie kompakter und auch noch billiger sein. Und da sie wärmeunempfindlicher ist, ist auch das Brandrisiko im Vergleich mit Lithium-Ionen-Batterien geringer. Ein Traum für Autobauer und -fahrer. Es gibt kaum einen Hersteller, der nicht daran arbeitet. Toyota hat eine Festkörperbatterie bis 2025 angekündigt. Und Daimler-Tochter EvoBus hat bereits eine eingebaut – in einem eCitaro-Bus. Die ersten beiden eCitaro werden voraussichtlich 2020 durch München fahren. Den Auftrag haben die Stadtwerke bereits erteilt.
Der eCitaro ist der erste elektrische Stadtbus der Marke Mercedes-Benz. Ein erster Bus wurde gerade an die Hamburger Hochbahn geliefert, die bis 2030 ihre rund 1000 Busse umfassende Flotte komplett auf elektrischen Antrieb umstellen will. „Mit der Umstellung der Hamburger Busflotte auf emissionsfreie E-Fahrzeuge setzen wir Standards und geben der Industrie Anreize, innovative und alltagstaugliche Fahrzeuge zu produzieren“, sagte Bürgermeister Peter Tschentscher bei der Jungfernfahrt des E-Busses durch die Hansestadt. Drei weitere Busse sollen dieses Jahr noch folgen, 26 im kommenden Jahr. Geladen werden sie in einem für rund 70 Millionen Euro erstellten Betriebshof, der im Frühjahr 2019 fertiggestellt ist.
Mehr Stabilität und größere Reichweite
Bisher ist der eCitaro aber noch mit einer herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterie mit Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt-Oxid-Zellen (NMC) ausgestattet, die für gerade mal 150 Kilometer Reichweite sorgt – allerdings unabhängig von Außentemperatur, Linienprofil und anderen Einflussfaktoren. Die nächste Generation der NMC‑Batterien mit größerer Kapazität soll bereits 300 Kilometer Reichweite schaffen. Hinzu kommt dann der eCitaro mit der Festkörperbatterie. Wie weit dieser fahren wird, verrät Daimler nicht, sondern spricht nur von einer „guter Reichweitenperspektive“, die etwa 70 Prozent der geforderten Leistung der Verkehrsbetriebe ohne Zwischenladung abdeckt.
Die Festkörperbatterie gehört ebenfalls zu den Lithium-Ionen-Batterien. Anstatt eines flüssigen Elektrolyts verfügt sie aber über ein Festkörper-Polymer, das vom französischen Energiespeicher- und Batteriehersteller Blue Solutions entwickelt wurde und dem Akku mehr Stabilität und mehr Reichweite verschafft. Feststoffbatterien unterscheiden sich deutlich von NMC‑Batterien: Sie haben eine andere Form, sind insgesamt voluminöser, nicht austauschbar gegen NMC‑Batterien und nicht für eine Schnellladung geeignet. Da nicht jeder Verkehrsbetrieb das benötigt, will Daimler den eCitaro sowohl mit NMC- als auch mit Feststoffbatterien auf den Markt bringen.
Noch mehr Reichweite soll in Zukunft ein Range-Extender in Form einer Brennstoffzelle bringen. Damit sollen nach Angaben von Daimler 100 Prozent aller Anforderungen an Stadtbusse abgedeckt werden. „Mit dieser Technik sind Zwischenladungen und die dafür notwendige aufwendige Infrastruktur in nahezu allen Fällen überflüssig – der eCitaro kann Stadtbusse mit Verbrennungsmotor nahezu deckungsgleich ersetzen“, heißt es dazu von Daimler.
Internationale Forschung schreitet voran
Festkörperakkus sind weltweit ein Thema. Forscher der „University of Illinois at Chicago“ haben einen stabilen, aber flexiblen Festkörperelektrolyten mit einem Hochtemperatur-Extrusionsdruckverfahren gedruckt. Und laut China Internet Information Center startete das chinesische Start-up Qing Tao Energy Development Co. jetzt mit der Produktion der weltweit ersten Feststoffbatterie, die über eine Energiedichte von über 400 Wattstunden pro Kilogramm verfügt. Herkömmliche Lithium-Ionen liegen dagegen bei etwa 300 Wattstunden pro Kilogramm.
Die Aussichten der festen Lithium-Variante sind auf jeden Fall verlockend. Der dänische Elektroauto-Hersteller Fisker will mit seinem ersten Elektroauto dank einer Festkörperbatterie eine Reichweite bis zu 800 Kilometer schaffen und diese im Nullkommanichts aufladen.