Feststoffakkus: QuantumScape testet zehnschichtige Zellen

Der Feststoffbatterie-Spezialist und Volkswagen-Partner QuantumScape hat in einem aktuellen Quartalsbericht die Entwicklung von zehnschichtigen Batteriezellen angekündigt. Ziel ist es, die neuen Zellen zu einem ähnlichen Kapazitätserhalt und Zyklenverhalten zu führen wie die bisherigen ein- und vierschichtigen Zellen.

Im Winter hatte QuantumScape erstmals Leistungsdaten zu Prototypen-Zellen veröffentlicht und angekündigt, die Reichweite von Elektroautos um bis zu 80 Prozent gegenüber heutigen Lithium-Ionen-Zellen verbessern zu wollen. Namhafte Investoren forcieren die Technologieentwicklung der Amerikaner, darunter der Volkswagen-Konzern, dem inzwischen ein Drittel des in Kalifornien ansässigen Unternehmens gehört.

Blicken wir kurz zurück: Die Ergebnisse mit einlagigen Pouchzellen vom Dezember lassen darauf schließen, dass sich der Akku von QuantumScape in 15 Minuten auf 80 Prozent der Kapazität schnellladen lässt. Daneben stellt der Entwickler nach 800 Zyklen eine verbleibende Batteriekapazität von mehr als 80 Prozent in Aussicht, wodurch „hunderttausende Kilometer zurückgelegt werden können“. Außerdem soll der Feststoffakku extrem brandsicher sein und auf einem breiten Temperatur-Kontinuum ohne großen Leistungsabfall funktionieren – auch bei Kälte von bis zu minus 30 Grad. Im Frühjahr gab QuantumScape dann bekannt, auch eine vierschichtige Version der Zelle in der Entwicklung zu haben.

QuantumScape ist es nach eigenen Angaben gelungen, die Lithium-Metall-Festkörperbatterie durch zehn Jahre lange Entwicklungsarbeit derart zu optimieren, dass alle Aspekte von der hohen Energiedichte über die Schnellladefähigkeit und lange Lebensdauer bis zur Sicherheit und realistischen Betriebstemperatur gewährleistet sind. Bis dato gilt vor allem die geringe Zyklenfestigkeit als große Schwäche von Festkörperakkus. Kern der QuantumScape-Technologie ist ein keramischer Separator, der genau hier Abhilfe schaffen soll. Außerdem verfügt die Festkörperbatterie über keine klassische Anode. Diese formt sich aus reinem Lithium-Metall, sobald der Akku aufgeladen wird.

So viel zur Vorrede. In einem Quartalsbericht macht QuantumScape nun unter anderem publik, Fortschritte bei mehrschichtigen Zellen zu machen. Konkret nennt der Entwickler eine zehnschichtige Batteriezelle im Format 70×85 mm, die bereits getestet wird. Wörtlich heißt es in dem Bericht: „Diese Zellen im kommerziell relevanten Format werden bei 1C und C/3 (ein- und dreistündige Lade- und Entladeraten) unter unseren Standardtemperaturen (25 °C) und -druck (3,4 physikalische Atmosphäre) getestet – Bedingungen, die unserer Meinung nach für Automobilanwendungen relevant sind.“

QuantumScape strebt an, die zehnschichtige Festkörperbatterien bis Ende 2021 vorzustellen und bis dahin noch zu verbessern. 2022 sollen Zellen mit „mehreren Dutzend Schichten“ folgen, 2023 dann Testzellen für Elektrofahrzeuge gefertigt werden. Die Massenproduktion von Festkörperbatteriezellen soll mithilfe von Volkswagen 2024 oder 2025 starten. Die Wolfsburger haben anschließend das Recht, erster Abnehmer der neuen Batterien auf Basis der Festkörper-Technologie zu werden.

Parallel zur Zellentwicklung erfolgt unterdessen der Aufbau von Test- und Produktionskapazitäten: Im Februar hatte QuantumScape dem Bau einer Pilotanlage namens QS-0 in San José (Kalifornien) angekündigt. Ende März gab QuantumScape im Rahmen einer Aktienemission bekannt, dass zudem eine Pilotanlage mit VW errichtet werden soll. Wenige Wochen später investierte Volkswagen weitere 100 Millionen Dollar in den Batterie-Spezialisten, da die Zellen von QuantumScape zuvor vertraglich vereinbarte Voraussetzungen erfüllt hatten. Einem Bericht von Mitte Mai zufolge könnte die zusammen mit VW geplante Anlage in Salzgitter entstehen.
electrek.co, quantumscape.com (PDF)