Beim Beschichtungsverfahren „Spatial Atom Layer Deposition“ werden Akkus mit hauchdünnen Schichten versehen, um ihre Lebensdauer um ein Vielfaches zu erhöhen.

Bild: Sald

Leistungsfähigere Akkus Atombeschichtung verspricht mehr als 1.000 km Reichweite für E-Autos

11.11.2020

Eine neuartige Akkutechnologie namens „Spatial Atom Layer Deposition“ soll Elektroautos künftig weit über 1.000 km, möglicherweise sogar über 2.000 km Reichweite ermöglichen. Zudem lassen sich Akkus mit dieser Technologie wesentlich schneller auftanken: Höchstens 20 Minuten soll eine vollständige Ladung benötigen.

„Spatial Atom Layer Deposition“ (Sald) bezeichnet ein patentiertes Verfahren, um im industriellen Maßstab Beschichtungen aufzutragen, die so dünn sind wie ein einziges Atom. Auf diese Weise präparierte Akkus sollen nicht nur dreimal mehr Reichweite als heutige Batteriezellen ermöglichen, sondern sich auch fünfmal schneller laden lassen. Damit könnte ein E-Auto binnen zehn Minuten zu etwa 80 Prozent und in 20 Minuten vollständig geladen werden.

Entwickelt wurde das Verfahren von Instituten der deutschen Fraunhofer-Gesellschaft und der staatlichen niederländischen Forschungseinrichtung The Netherlands Organisation (TNO). Die Vermarktung zur industriellen Massenfertigung übernimmt das eigens dafür gegründete Start-up Sald im niederländischen Eindhoven.

Leichter, sicherer und leistungsstärker als Lithium-Ionen-Batterien

Sald-Akkus sollen eine Weiterentwicklung der Lithium-Ionen-Technologie darstellen. Durch ihre Nanobeschichtung entsteht eine sogenannte Artificial-Solid-Elektrolyte-Interphase (A-SEI), die gegenüber bisherigen Solid-Elektrolyte-Interphases (SEI) über eine deutlich höhere Leistungsfähigkeit verfügt. Das steigert sowohl Langlebigkeit, Sicherheit als auch Kapazität von Akkus enorm.

„Dadurch kann ein E-Auto entweder mit kleineren Batterien weit über 1.000 km oder mit größeren Akkupacks in Zukunft sogar über 2.000 km ohne Nachladen fahren“, sagt Sald-CEO Frank Verhage. Dabei gehe es nicht darum, einen theoretischen Reichweitenrekord aufzustellen: Vielmehr „reden wir selbst im ungünstigsten Fall davon, dass der Akku in einem E-Auto bei sportlich-dynamischer Fahrweise und Klimaanlage oder Heizung nach 1.000 km noch mindestens 20 bis 30 Prozent Restladung besitzt.“

Im Einklang mit Teslas Batterieplänen

Die Sald-Technologie funktioniert eigenen Angaben zufolge sowohl mit den heute noch üblichen Flüssigelektrolyten als auch mit künftigen Feststoffbatterien (Solid State Batteries), 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 ihm zufolge im Einklang mit der von Tesla-CEO Elon Musk auf dem „Battery 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 Verhage. So arbeite die Sald-Technologie beispielsweise mit den neuen Lithium-Eisenphosphat-Batterien zusammen, die Tesla für sein jüngstes Model 3 in China angekündigt hat.

Laut Verhage funktioniert die atomdünne dreidimensionale Oberflächenbeschichtung mit allen Kathodenmaterialien, die sich derzeit bei Batterieherstellern in der Überlegungs-, Erprobungs- oder Produktionsphase befinden. Das umfasst:

  • Lithium-Nickel-Cobalt-Manganese-Oxide (LiNiCoMnO2, NCM)

  • Lithium-Cobalt(III)-oxid (LiCoO2, LCO)

  • LiMnNiO2 (LMNO)

  • Lithiummangan(III,IV)-oxid (LiMn2O4, LMO)

Auch für Smartphone-Akkus geeignet

Sald-Batterien ließen sich dabei nicht nur in Autos, sondern beispielsweise auch in Smartphones und Smartwatches einsetzen, wie Verhage ergänzt. „Stellen Sie sich ein Smartphone vor, das eine Woche lang hält“, sagt er, „und eine Smartwatch, die nur einmal im Monat geladen werden muss.“

Darüber hinaus kann die Technologie auch in der Textilwirtschaft, der Polymerelektronik (zum Beispiel bei organischen Computerchips), der Solarenergiebranche und der Verpackungsindustrie für Medizin und Nahrung zur Anwendung kommen.

Kleinserienfertigung bereits angelaufen

„Wir sind im engen Austausch mit beinahe allen namhaften Batterieherstellern, um das industrielle Potenzial unserer Technologie zur Anwendung zu bringen“, versichert Verhage. Laut dem CEO verfügt Sald über alle notwendigen Patente und hat bereits Fertigungsmaschinen für Kleinserien in Betrieb. Der großindustrielle Einsatz stünde allerdings erst noch bevor.

Gespräche mit Automobilherstellern will das Unternehmen eigenen Angaben zufolge bereits führen; Namen werden allerdings nicht genannt. Die neue Akkugeneration soll frühestens 2022/23 in E-Autos eingebaut werden können.

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Bildergalerie

  • Eine Anlage zur industriellen Fertigung der Sald-Beschichtungen

    Bild: Sald

  • Sald-CEO Frank Verhage: „Es geht nicht darum, einen theoretischen Reichweitenrekord aufzustellen, sondern darum, dass der Akku in einem E-Auto bei sportlich-dynamischer Fahrweise und Klimaanlage oder Heizung nach 1.000 km noch mindestens 20 bis 30 Prozent Restladung besitzt.“

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  • Das Team des niederländischen Start-ups Sald

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