Toyota arbeitet an Fluorid-Ionen-Batterie für 1.000 Kilometer Reichweite

Toyota forscht mit Wissenschaftlern der Universität Kyoto an einer neuen Fluorid-Ionen-Batterie, die etwa siebenmal so viel Energie pro Gewichtseinheit wie herkömmliche Lithium-Ionen-Akku bieten soll und es Elektrofahrzeugen ermöglichen könnte, 1.000 Kilometer mit einer Ladung zu fahren.

Wie das japanische Wirtschaftsblatt Nikkei berichtet, hat das Team den Prototyp einer entsprechenden wiederaufladbaren Batterie mit einem festen Elektrolyt entwickelt, deren Anode aus Fluor, Kupfer und Kobalt und deren Kathode hauptsächlich aus Lanthan besteht.

Mit der angeblich sieben Mal höheren gravimetrischen Energiedichte, könnte der Energiegehalt einer einbaufertigen Fahrzeugbatterie bei gleichem Bauraum deutlich erhöht werden. Unklar ist aber, wie weit der in Kyoto getestete Prototyp von der Serie entfernt ist. Auf dem Weg vom Labor-Maßstab zur Großserienfertigung lassen sich nicht alle Werte der Prototypen übertragen – zumindest bei bekannten Lithium-Ionen-Batterien.

Die Fluorid-Ionen-Batterien verzichten aber komplett auf Lithium. Solche Batterien – auch FIB genannt – erzeugen Elektrizität, indem Fluoridionen durch einen Fluoridionen leitenden Elektrolyten von einer Elektrode zur anderen transportiert werden. Der Vorteil: Es lassen sich mehrere Elektronen pro Metallatom übertragen, was die hohe Energiedichte erklärt.

Die Japaner sind mit ihren Arbeiten an Fluorid-Ionen-Batterien nicht alleine. Auch Forscher des Karlsruher Institut für Technologie oder des Helmholtz-Insituts Ulm entwickeln und testen derartige Zellen. Zur Serienreife sind die Zellen aber bisher aus mehreren Gründen noch nicht gekommen.

FIB haben sich aber bisher nicht durchgesetzt, da sie nur bei hohen Temperaturen arbeiten. Der Festelektrolyt muss ausreichend erwärmt sein, damit er leitfähig wird. Bei den hohen Temperaturen dehnen sich auch die Elektroden aus. Genau das will das Forscher-Team von Toyota und der Universität Kyoto nun mit der Legierung aus Kobalt, Nickel und Kupfer gelöst haben. Jetzt soll die Material-Kombination optimiert werden, damit der Akku ohne Kapazitätsverlust geladen und entladen werden kann.

Offen ist aber, bei welchen Temperaturen die Prototypen-Zelle betrieben wird. Das dauerhafte Erwärmen macht den Einsatz solcher Batterien komplizierter, zudem benötigt der Prozess Energie, die dann nicht zum Fahren verwendet werden kann. 2018 hatten Wissenschaftler des Honda Research Institute zusammen mit Forschern des California Institute of Technology und des Jet Propulsion Laboratory der NASA eine FIB-Zelle entwickelt, die bei Raumtemperatur betrieben werden konnte. Der Haken: Die Zellen überstanden nur sieben Zyklen.

Experten gehen dem Nikkei-Bericht zufolge nicht davon aus, dass FIB-Zellen vor 2030 auf den Markt kommen werden – und verweisen dabei auf den Marktstart von Lithium-Ionen-Batterien. Diese seinen bereits 1985 entwickelt, aber erst in den 1990er Jahren kommerziell produziert worden.
nikkei.com