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Feststoffspeicher: Grundlegende Fakten

1. Noch bevor Li-Ion-Batterien für Elektrofahrzeuge ihren Durchbruch erzielt haben, arbeitet die Branche bereits an sogenannten Li-Feststoff-Batterien als deren Nachfolgern. Solche Feststoff- bzw. Dünnschichtbatterien zeichnen sich durch ihre hohe Betriebssicherheit, ihre flexible Zellgeometrie und auch durch ihre hohe Energiedichte, insbesondere im Bereich der sogenannten Dünnschichtbatterien, aus: Hierbei werden alle elektrochemisch-aktiven Komponenten der Batterie, das heisst die Anode, die Kathode und der Elektrolyt, der in diesem Fall auch als Separator dient, in Form ultradünner Schichten zum Beispiel aus Aluminium-Lithium-Legierungen, Graphit, Lithium-Kobalt-Oxid oder Lithium-Vanadium-Oxid hergestellt (vgl. WWU Münster).

2. Die Schichtdicke von Dünnfilmbatterien beläuft sich zwischen einigen Nanometern bis zu einigen Mikrometern. Dickfilmbatterien werden im Gegensatz zu Dünnfilmbatterien bereits produziert und haben eine Schichtdicke von über 100 Mikrometern. Beim Zusammenbau der Batterie werden die Elektroden mit einem Elektrolyt und Separator getrennt und elektrisch kontaktiert. Die so hergestellten Schichten werden entweder gestapelt oder gewickelt. Dünnere Elektroden können somit beim gleichen Batterievolumen eine größere Fläche einnehmen. Der zentrale Vorteil daran ist, dass der Strom bei Lade- und Entladevorgängen auf einer wesentlich größeren Fläche ansetzt (vgl. FZKA, Wissenschaftliche Berichte 7499, Karlsruhe 2009, S. 97).

3. Festkörperbatterien bilden eine gute Voraussetzung für die Steigerung von Energiedichte bei gleichzeitiger Miniaturisierung des Systems. Zusätzlich können Multischichten, d.h. übereinander gestapelte Schichten, realisiert werden (vgl. Julian Schwenzel, Diss., CAU Kiel 2003, S. 4-5).

4. Für die Feststoffbatterie sprechen zum einen ihre in Zukunft zu erwartenden niedrigen Kosten durch die Veränderung von Zellchemien bzw. die Substitution von eingesetzten Rohmaterialien, zum anderen ihre einfache Herstellbarkeit, da problemlos zylindrisch in Schichten wickelbar. So gelten Rolle-zu-Rolle-Prozesse in der PV-Dünnschichttechnologie längst als ultimative Kostenkiller. Ein Trägermaterial wird in einer Bahn von einer Rolle abgewickelt, beschichtet und von einer zweiten Rolle wieder aufgewickelt. Das wird in vielen anderen Anwendungen sogar mit fliegendem Rollenwechsel, also endlos, beherrscht. (vgl. Abschlussbericht Kabelloses Laden, S. 115)
 
5. Zum anderen sind mit der neuen Akku-Technologie unschätzbare Vorteile wie höchste Eigensicherheit, hohe Energiedichte durch Schnelladefähigkeit und größere Reichweite pro Ladung verbunden. Einem Nikkei-Bericht von Mitte Oktober 2011 zufolge soll Toyota bereits über einen Prototypen der lange angekündigten 3D-LiIo-Feststoffbatterie verfügen, mit welcher bereits ab 2015 Reichweiten von 1.000 km in industriellem Maßstab möglich werden könnten (vgl. Abschlussbericht Kabelloses Laden, S. 115)