Silicium statt Graphit als Anode, später dann die Festkörperzelle (SSB)

Beim VW Power Day am heutigen 15. März machte VW etliche interessante Bemerkungen zu den Batteriezellen und wie man sich in Wolfsburg die Zukunft hier vorstellt. Interessant war zum Beispiel, dass der Konzern die Anode künftig aus Silicium herstellen will (statt wie üblich aus Graphit).

Generell ist die Anode für die Ladegeschwindigkeit entscheidend, die Kathode für die Reichweite und die Kosten (siehe unser Titelbild).

Was die Kathode angeht, so gelten Lithium-Eisenphosphat-Batterien (LFP-Akkus) als die günstige Lösung fürs Einstiegssegment, also wohl für Autos wie einen eventuellen Nachfolger des VW e-Up. Zellen mit Nickel und viel Mangan will VW im Volumensegment verwenden, also wohl ID.3, ID.4 und Konsorten. NMC-Akkus (Nickel, Mangan, Cobalt), die das teure Kobalt enthalten bleiben für "spezielle Anwendungen" mit hoher Leistung reserviert, also vielleicht für Sportwagen. Die Festkörperbatterie kommt erst später zum Einsatz.

VW Power Day (2021): VW unterscheidet vier verschiedene Zelltypen

Was die Anode angeht, also den negativen Pol, so setzt VW wie erwähnt auf Silicium als Ersatz für das übliche Graphit. Silicium kann zehnmal mehr Lithium-Ionen aufnehmen und besitzt zudem eine geringere Neigung zum Lithium-Plating, sagte Porsche Chef Oliver Blume auf dem Event. Das eine vergrößert die Reichweite, das andere verkürzt die Ladezeit:

VW Power Day (2021): Anoden aus Silicium würden die Ladezeit verringern und die Reichweite erhöhen.

Der Vorteil von Graphit ist, dass es Lithium-Ionen (und andere) aufnehmen kann wie ein Regal die Bücher: Die Kohlenstoffschichten verändern ihren Abstand bei der Bildung dieser so genannten Interkalationsverbindung nicht. Bei Silicium dagegen ändert sich das Volumen der Anode. Wie VW dieses Problem gelöst hat, wurde bei dem Event nicht thematisiert.

Silicium-Anoden würde der Porsche Taycan bereits verwenden, sagte Oliver Blume bei dem VW-Event, und der muss es als Porsche-Chef ja wissen. Jedenfalls ist die Silicium-Anode keine VW-Erfindung, sie wird weltweit intensiv beforscht.

Ab 2025 erwartet VW den Serieneinsatz der Festkörperbatterie von Partner Quantumscape. Dabei wird die Graphit-Anode ersetzt durch eine aus metallischem Lithium, was wegen der geringeren Dichte das Gewicht der Zelle senkt – bei gleichem Batterievolumen steigt also die Reichweite. Wenn statt des üblichen flüssigen Elektrolyten ein fester (zum Beispiel aus Gläsern oder Keramiken) verwendet wird, wird außerdem die Dendriten-Bildung verringert, so dass schneller geladen werden kann:

VW Power Day (2021): Die Festkörperbatterie

Insgesamt erwartet VW von den neuen Batteriechemie-Ansätzen eine Verkürzung der Ladezeit und eine erhöhte Reichweite. Wie stark die Reichweite steigen wird, dazu machte VW bei dem Event keine Angaben, doch die Ladezeit für die 77-kWh-Batterie eines VW ID.4 soll von heute 25 Minuten auf für Auswirkungen auf die 17 Minuten im Jahr 2025 verkürzt werden. Danach, mit Festkörperbatterie könnte sich die Ladezeit sogar auf 12 Minuten halbieren:

VW Power Day (2021): Schnellladen soll künftig noch deutlich schneller gehen