SALD-Akkus: 2000 km E-Auto-Reichweite möglich

SALD hat mit der „Spatial Atom Layer Deposition“ ein weltweit einzigartiges, patentiertes Verfahren entwickelt, im industriellen Maßstab Beschichtungen aufzutragen, die so dünn sind wie ein einziges Atom. Diese Atombeschichtungen können die Herstellung von Batteriezellen u.a. für Autos revolutionieren: SALD soll E-Autos künftig weit über 1.000 km und möglicherweise sogar über 2.000 km Reichweite ermöglichen.

Das SALD-Verfahren ist von den deutschen Fraunhofer-Instituten und der staatlichen niederländischen Forschungseinrichtung The Netherlands Organisation (TNO) gemeinsam entwickelt worden. Die Vermarktung zur industriellen Massenfertigung obliegt der eigens dazu gegründeten Firma SALD BV (Eindhoven).

SALD-Akkus stellen eine Weiterentwicklung der heutigen Lithium-Ionen-Technologie (Li-Ion) dar. Durch die Nanobeschichtung entsteht eine so genannte „Artificial Solid-Elektrolyte Interphase“ (A-SEI), die gegenüber bisherigen SEI über eine deutlich bessere Leistungsfähigkeit verfügt. In Folge dessen werden die Langlebigkeit, die Sicherheit und die Kapazität deutlich gesteigert.

Die sog. Solid Electrolyte Interphase ist eine bisher kaum verstandene Grenzflächenschicht, die aus der partiellen Zersetzung von Batterieelektrolyten in der Gegenwart von Lithium resultiert. Es ist nach wie vor unklar, ob diese SEI, die die Oberfläche des Anodenmaterials passiviert, eine zwingende Voraussetzung für den sicheren Betrieb von Lithium-Ionen-Batterien ist oder eher die Kinetik verlangsamt.

Die Entwicklung von ASEIs basieren auf dem Verständnis dieser SEI-Fehlermechanismen. Dabei müssen die mechanische Stabilität, ein räumlich gleichmäßiger Li + -Transport mit mäßiger Leitfähigkeit und sogar Einzelionenleitung und die Möglichkeit zur chemischen Passivierung zur Minderung parasitärer Li-Elektrolyt-Reaktionen gleichermaßen beachtet werden. Diesen Prinzipen folgend wurden in der Vergangenheit bereits verschiedene ASEIs entwickelt.

„Dadurch kann ein E-Auto entweder mit kleineren Batterien weit über 1.000 Kilometer oder mit größeren Akkupacks in Zukunft sogar über 2.000 Kilometer ohne Nachladen fahren“, sagt SALD-CEO Frank Verhage.

Er stellt klar: „Es geht nicht darum, einen theoretischen Reichweitenrekord aufzustellen. Sondern wir reden selbst im ungünstigsten Fall davon, dass der Akku in einem E-Auto bei sportlich-dynamischer Fahrweise und Klimaanlage oder Heizung nach 1.000 Kilometern noch mindestens 20 bis 30 Prozent Restladung besitzt.“

SALD-Akkus ermöglichen aber nicht nur dreimal mehr Reichweite für E-Autos als heutige Batteriezellen, sondern können auch fünfmal schneller geladen werden, teilt die SALD BV mit.

Damit könnte ein E-Auto binnen zehn Minuten zu etwa 80 Prozent und in 20 Minuten vollständig geladen werden. Gespräche mit Automobilherstellern will das Unternehmen eigenen Angaben zufolge bereits führen, Namen werden allerdings nicht genannt. „Die neue Akkugeneration wird frühestens 2022/23 in E-Autos eingebaut werden können“, erklärte der CEO der SALD BV Frank Verhage.

Die SALD-Technologie funktioniert den Angaben zufolge sowohl mit den heute noch üblichen Flüssigelektrolyten als auch mit künftigen Feststoffbatterien („Solid State“), die sich derzeit in der Entwicklung befinden. Als ultimatives Ziel nennt der SALD-Chef „3D Solid State SALD Batteries“, die „deutlich leichter, sicherer und leistungsstärker“ sein sollen.

Die SALD-Technologie steht nach seinen Ausführungen im Einklang mit der von Tesla-Chef Elon Musk auf der „Batterie Day“ im September 2020 vorgestellten Batterie-Entwicklungsrichtung. „Es ist dieselbe Erkenntnis, dass die Batteriezellen grundlegend weiterentwickelt werden müssen, indem der Ionenfluss zwischen Kathode und Anode deutlich verbessert wird, um bahnbrechende Fortschritte zu erzielen“, erklärt Frank Verhage.

So arbeite die SALD-Technologie beispielsweise mit den neuen Lithium-Eisenphosphat-Batterien zusammen, die Tesla für sein jüngstes günstiges Model 3 in China angekündigt hat. Den Angaben zufolge soll die atomdünne dreidimensionale Oberflächenbeschichtung mit allen Kathodenmaterialien funktionieren, die sich derzeit bei Batterieherstellern in der Überlegungs-, Erprobungs- oder Produktionsphase befinden, darunter Lithium Nickel Cobalt Manganese Oxide LiNiCoMnO2 (NCM), LiCoO2 (LCO), LiMnNiO2 (LMNO) und LiMn2O4 (LMO).