Wird Tesla jemals etwas Solides hervorbringen?

Tesla entscheidet sich derzeit dafür, seine eigenen Lithium-Ionen-4680-Batteriezellen anstelle von Festkörperbatterien zu entwickeln, aber wird sich das ändern?

In den letzten Jahren haben wir gesehen, wie namhafte Automobilhersteller die Forschung im Bereich der Festkörperbatterietechnologie mit offenem Geld angenommen haben. Ihr Ziel? Abkehr von den aktuellen Lithium-Ionen-Batterien, die die Ursache für die meisten Probleme im Zusammenhang mit Elektrofahrzeugen sind. Allerdings sind Festkörperbatterien nach mehr als einem Jahrzehnt noch immer keine kommerzielle Realität geworden. Also, warum dauert es so lange? Nun, derzeit können Festkörperbatterien aufgrund exorbitanter Produktionskosten und Materialknappheit, die die Herstellung immer noch behindern, nicht in großem Maßstab hergestellt werden.

Andererseits ist es erwähnenswert, dass diese Probleme möglicherweise nur vorübergehender Natur sind, da Dutzende von Unternehmen mit Hunderten von Experten und Milliarden von Dollar daran arbeiten, sie zu beheben. Doch wenn es einen Vertreter der Branche gibt, der immer noch ungläubig ist, dann ist es Tesla. Das amerikanische Unternehmen hat sich stattdessen dafür entschieden, seinen eigenen Weg zu gehen und sich mit einem neuen Format namens 4680-Batteriezellen der zukünftigen Norm zu widersetzen. Für Elon Musk ist die neue Technologie, die noch in den Kinderschuhen steckt, nicht nur eine Alternative, sondern ein Todesurteil für SSBs. Inmitten dieses stillen Zermürbungskrieges nehmen wir uns einen Moment Zeit, um uns zu fragen: Warum investieren alle so in Festkörperbatterien? Und was braucht es, damit Tesla das Lithium-Ionen-Dogma zugunsten der neuen Doktrin aufgibt?

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Feststoffbatterien verdanken ihren Namen der Tatsache, dass sie ausschließlich aus festen Bestandteilen bestehen. Die positive Elektrode (Kathode) und die negative Elektrode (Anode) bestehen aus Metall, während zwischen beiden ein Festelektrolyt angeordnet ist, der den freien Fluss der Ionen ermöglicht. Bei Standard-Lithium-Ionen-Batterien ist dieser Elektrolyt flüssig und der Grund für die meisten Probleme. Heutzutage sind Elektrofahrzeuge allgemein dafür bekannt, dass sie im Winter besonders anfällig sind, da ihre Reichweite, ihr Batteriezustand und ihre Gesamtleistung durch kaltes Wetter stark beeinträchtigt werden, was die Bewegung der Ionen verlangsamt und zu einer niedrigeren Spannung führt. Andererseits sind die festen Bestandteile von SSBs bei niedrigen Temperaturen besonders widerstandsfähig, da sie im Gegensatz zu Flüssigkeiten nicht anfällig für Gefrieren sind. Ebenso können hohe Temperaturen auch bei Lithium-Ionen-Batterien ein ernstes Problem darstellen, da ihre flüssigen Elektrolyte leicht entflammbar sind. Und obwohl das Verbrennungsrisiko bei Elektrofahrzeugen weithin übertrieben wird, stellt es dennoch ein berechtigtes Sicherheitsrisiko dar. Dieses Problem wird weitgehend gemildert, wenn der Elektrolyt fest ist.

Ein weiterer Nachteil beim heutigen Besitz eines Elektroautos ist die damit verbundene Reichweitenangst. Glücklicherweise kann die aktuelle Schnellladetechnologie in gewissem Maße Abhilfe schaffen. Dieser Vorteil kommt jedoch nicht allen gleichermaßen zugute, da viele Verbraucher immer noch befürchten, dass ihre Batterie mitten auf einer langen Reise leer wird, selbst wenn sie sie stundenlang über Nacht aufgeladen hat. Festkörperbatterien würden dieses Problem somit allgemein lösen, da sie eine höhere Energiedichte (was eine größere Reichweite bedeutet) und ein schnelleres Laden ermöglichen, da sie widerstandsfähiger gegen die beim Aufladevorgang entstehende Hitze sind. Der Clou daran ist, dass sie, wenn sie richtig gemacht werden, weniger anfällig für Beschädigungen und auch formbarer sind, da sie keinen strukturellen Einschränkungen unterliegen, die verhindern, dass Flüssigkeiten austreten.

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Im Jahr 2012 war Toyota der erste Automobilhersteller, der experimentelle Forschung im SSB-Bereich durchführte. Heute arbeitet der japanische Hersteller in Zusammenarbeit mit Panasonic – dem viertgrößten Batteriehersteller der Welt – an der Entwicklung von Festkörperbatterien. Der berühmte Automobilhersteller wird voraussichtlich bis 2025 sein erstes Fahrzeug mit SSB-Antrieb auf den Markt bringen. Die Wendung? Es wird sich um einen Hybridantrieb handeln, da Toyota immer noch auf eine Kostensenkung wartet, bevor die Technologie schließlich in Elektrofahrzeuge integriert wird. Einer der bekanntesten SSB-Entwickler der Branche ist QuantumScape, ein amerikanisches Unternehmen mit einer Kapitalinvestition von über 2.000.000.000 US-Dollar. Der in Kalifornien ansässige Hersteller arbeitet mit Unternehmen wie Volkswagen (seit 2012) und Porsche zusammen, die Berichten zufolge die Verwendung von Festkörperbatterien für eine mögliche Elektroversion des 911 planen. Diese Kooperationen sind umso sinnvoller, wenn man bedenkt, dass es sich um den VW-Konzern handelt (zu dem auch Porsche gehört) hat versprochen, bis zum Ende dieses Jahrzehnts 70 reine Elektrofahrzeuge und 60 Hybride auf den Markt zu bringen.

QuantumScape stellt einige bemerkenswert kühne Behauptungen auf, da es eine 10–80-prozentige Schnellladung in weniger als 15 Minuten sowie überlegene Energiedichten verspricht, die durch die Entfernung der Graphit-/Siliziumanode ermöglicht werden. Im Dezember 2022 lieferte QS seine erste Charge 24-schichtiger Lithium-Metall-Zellen zur internen Prüfung an mehrere Hersteller von Elektrofahrzeugen aus. Während die Möglichkeit einer groß angelegten Kommerzialisierung noch in weiter Ferne liegt, betrachtet das Unternehmen das Unterfangen als einen großen Fortschritt. Mercedes-Benz, das bis 2030 ebenfalls die vollständige Einführung des Elektrofahrzeugmodells plant, ist ein weiteres Mitglied des kollektiven SSB-Kreuzzugs, der die neue Technologie in den folgenden Jahren testen will. Der deutsche Hersteller ist in Zusammenarbeit mit ProLogium, einem taiwanesischen SSB-Hersteller, aktiv an Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten beteiligt. In der Hoffnung, günstigere Elektrofahrzeuge mit größerer Reichweite herzustellen, hat sich auch Honda der Bewegung angeschlossen und einen eigenen SSB entwickelt, mit dem Ziel, schließlich mit der Massenproduktion zu beginnen. Auch andere Unternehmen wie Ford, General Motors und Stellantis haben in das SSB-Modell investiert. Es gibt jedoch immer noch ein bestimmtes Unternehmen, das sich entschieden gegen die aktuelle Solid-State-Lösung ausspricht …

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Die Lithium-Ionen-4680-Batteriezellen sind Teslas firmeneigene Alternative zu Standardbatterien und eine Abkehr von der Festkörperrevolution. Der Akku hat seinen Namen von seinen Abmessungen (46 mm x 80 mm) und soll ein Update gegenüber den 18650- und den Panasonic 2170-Akkus sein, die derzeit das Model 3 und einige Varianten des Model Y antreiben. Als neue Technologie bringt der 4680 Ambitionen mit sich Ziel ist es, die Reichweite der Elektrofahrzeuge um bis zu 54 % zu erhöhen und gleichzeitig das Gesamtgewicht und die Kosten des Fahrzeugs zu senken.

Die reduzierte Masse gepaart mit der Kapazität von 9.000 mAh pro Zelle sollte im Idealfall die Leistung drastisch verbessern. Bei seiner ersten Vorstellung auf dem Battery Day im September 2020 warb das 4680-Format großspurig mit einer Energiesteigerung um das Fünffache sowie einer Leistungssteigerung um das Sechsfache im Vergleich zum Vorgänger. Diese Behauptungen müssen jedoch noch überprüft werden, da sich die neue Batterie noch in den ersten Schritten befindet. Im Dezember 2022 bestätigte Tesla, dass es seinem Team gelungen sei, innerhalb einer Woche 868.000 Batteriezellen zu bauen. Der Meilenstein markiert einen bedeutenden Schritt in die richtige Richtung.

Bisher sind wir dem 4680 am nächsten gekommen, den 4680 im wirklichen Leben zu sehen, und zwar durch die Modell-Y-AWD-Variante, die in der Gigafactory Texas hergestellt wird. Nachdem das neue Model Y für 49.990 US-Dollar zunächst als Option außerhalb der Speisekarte verkauft wurde, ist es nun allgemein für die Öffentlichkeit erhältlich und damit das bislang günstigste Angebot. Obwohl diese AWD-Version mit 4680 Batteriezellen betrieben wird, bleibt sie hinter den Erwartungen zurück, da sie nur eine Reichweite von 270 Meilen bietet. Der Grund? Marketing und Angebot! Das neue Model Y präsentiert sich als preisgünstigere Ausstattungsvariante und wurde intelligent mit einem energiesparenderen Akku ausgestattet, um die aktuelle Long-Range-Version, die mit voller Ladung 330 Meilen bietet, nicht in den Hintergrund zu drängen. Darüber hinaus hilft der kleinere Batteriesatz Tesla, mehr Fahrzeuge pro 4680 Zellen zu produzieren.

Kurz gesagt: Sollte Tesla stattdessen Festkörperbatterien wählen? Zu früh, um es zu sagen. Zum jetzigen Zeitpunkt scheint dies unwahrscheinlich, da Elon viel in seine 4680-Zellen investiert hat. Die Realität findet jedoch immer einen Weg, sich durchzusetzen, und Elons Kühnheit könnte irgendwann nachlassen, wenn sich die hundert Millionen Dollar schweren Investitionen in die SSB-Entwicklung irgendwann auszahlen.

Nacim ist Autoliebhaber, Kampfsportfan und Journalist. Als Polyglotte und Multitasker hat er sich in mehreren Bereichen etabliert, von der Übersetzung bis zur Sprachausgabe. Nacim spricht fließend Französisch, Arabisch und Englisch, hat einen Master-Abschluss in Dolmetschen und träumt davon, einen Mitsubishi Eclipse von 1998 zu fahren.