Während die Automobilhersteller um die Entwicklung batteriebetriebener Elektroautos kämpfen, sind sie ständig auf der Suche nach allem, was ihnen einen Vorsprung gegenüber der Konkurrenz verschafft.
Nachdem Toyota angekündigt hatte, seine „Festkörper“-Batterien bereits im Jahr 2027 zu produzieren, kündigte Toyota am Dienstag Pläne an, die Größe und Kosten der Antriebseinheiten für seine Elektrofahrzeuge zu halbieren, um sie sicherer zu machen und eine schnellere Aufladung zu ermöglichen.
Doch trotz des Optimismus des japanischen Automobilkonzerns ist diese heilige Batterietechnologie der Branche lange Zeit entgangen.
Kleiner, leichter, sicherer und schneller
Vom teuersten Tesla bis zum billigsten Fiat verwenden derzeit auf dem Markt befindliche Elektrofahrzeuge Batterien mit flüssigen Lithium-Ionen-Elektrolyten.
Der Elektrolyt ermöglicht den Stromfluss durch die Batterie zwischen den beiden Elektroden – der Anode und der Kathode – und erzeugt so Strom.
Allerdings weisen Elektrofahrzeuge, die mit Flüssigbatterien betrieben werden, mehrere gut dokumentierte Nachteile auf, z. B. dass sie sehr schwer sind und viel länger zum Aufladen brauchen als Benzinautos zum Auftanken. Sie können auch Feuer fangen, insbesondere wenn die Batterien überhitzen.
Die sogenannte Festkörperbatterietechnologie, die einen festen Elektrolyten verwendet, hat das Potenzial, diese Bedenken auszuräumen.
Die Batterien können viel mehr Leistung aufnehmen und sind daher kleiner, ohne dass die Reichweite beeinträchtigt wird. Sie können sehr schnell aufgeladen werden, ohne dass sie heiß werden, was sie wesentlich sicherer macht.
Toyota gab bekannt, dass das mit Festkörperbatterien betriebene Elektrofahrzeug eine Reichweite von 1.200 km – mehr als doppelt so viel wie die Reichweite seines aktuellen Elektrofahrzeugs – und eine Ladezeit von 10 Minuten oder weniger haben soll.
Wo sich Anode und Kathode treffen
Trotz jahrelanger weltweiter Investitionen steckt die Technologie noch in den Kinderschuhen.
Daher ist es schwierig, einen genauen Zeitplan festzulegen.
Toyota glaubt, die Technologie bis 2027 in einem Fahrzeug kommerzialisieren zu können. Obwohl dies nur noch vier Jahre entfernt ist, ersetzt es ein früheres Ziel von 2025, das der Automobilhersteller ursprünglich im Jahr 2017 festgelegt und dann im Jahr 2021 erneut bekräftigt hatte, als er sagte, dass dies möglich sei Verwenden Sie die Batterien in einem Hybridmodell.
„Top-Management . . . hat mich gefragt, ob wir das wirklich schaffen [by 2027]„, sagte Keiji Kaita, Toyotas führender Batterieexperte und Präsident des Forschungs- und Entwicklungszentrums für CO2-Neutralität, am Dienstag. „Aber ich lege ihnen Beweise vor, während wir daran arbeiten.“
Doch trotz seiner Zuversicht mussten Batterieforscher immer wieder beobachten, dass die Zeitpläne verschoben wurden.
„Viele Entwickler sagen seit zehn Jahren ‚in fünf Jahren‘“, sagte Victoria Hugill, Batterieforschungsanalystin beim Beratungsunternehmen Rho Motion.
Experten gehen außerdem davon aus, dass halbfeste Batterien schneller kommerziell genutzt werden als vollständig feste Batterien.
Die größte Herausforderung für Entwickler von Festkörperbatterien bestehe darin, einen festen Kontakt zwischen den Elektroden – wo die Lithium-Ionen gespeichert sind – und den Elektrolyten herzustellen, die die Bewegung zwischen ihnen erleichtern, fügte sie hinzu.
Shirley Meng, Batterieprofessorin an der University of Chicago, sagte auf einer Konferenz der Financial Times, dass Festkörperbatterien auch unter einem bestimmten Druck arbeiten müssen, „um auf ihrem optimalen Niveau zu funktionieren“, was immer noch eine technologische Herausforderung für Hersteller darstellt. „Das muss gelöst werden, bevor die Technologie wirklich durchstarten kann“, fügte sie hinzu.
Auf der Suche nach dem technologischen Vorsprung
Toyota sträubt sich seit langem gegen die Einführung vollelektrischer Autos, so wie es seine größten Konkurrenten wie VW und Ford getan haben.
Es wird argumentiert, dass sie für Entwicklungsmärkte zu teuer seien, dass das Laden in Ländern mit schlechten Stromnetzen schwierig sein werde und dass die Nutzung der weltweit begrenzten Lithiumressourcen in Hybridfahrzeugen die Gesamtemissionen schneller senken werde.
Allerdings scheint die Festkörpertechnologie, deren Herstellung weitaus teurer ist als herkömmliche Batteriesysteme und die zum Aufladen immer noch Strom benötigt, nicht alle diese Bedenken auszuräumen.
Da sich der Wettbewerb um die Entwicklung von Festkörperbatterien verschärft, würde eine Markteinführung als Erster Toyota sicherlich dabei helfen, sich einen Vorsprung in einem Segment zu verschaffen, in dem das Unternehmen bei der Markteinführung von Modellen langsamer war als die Konkurrenz.
Der japanische Konzern argumentiert, dass seine 20-jährige Erfahrung mit Hybridbatterien ihm bei der Entwicklung besserer Elektrofahrzeuge helfen wird. Die groß angelegte Einführung von Elektrofahrzeugen wird jedoch voraussichtlich erst Mitte dieses Jahrzehnts beginnen.
Trotz der Fanfare rund um die Ankündigung bestehen Toyota-Führungskräfte selbst darauf, dass sie nicht nur auf Festkörperbatterien setzen und erwarten, dass mit flüssigen Lithium-Ionen-Batterien weitere technologische Durchbrüche erzielt werden.
„Wir betrachten Feststoffbatterien eigentlich nicht als die ultimative Lösung“, sagte Toyotas Technologievorstand Hiroki Nakajima.
Der Wettbewerb um Festkörperbatterien nimmt zu
Es überrascht vielleicht nicht, dass viele Autohersteller in die Technologie investieren, in der Hoffnung, bei Elektrofahrzeugen den Vormarsch zu erobern. BMW hat angekündigt, noch in diesem Jahr mit der Erprobung von Festkörperzellen zu beginnen, wobei ein Entwicklungsfahrzeug vorläufig vor 2025 erwartet wird. Man geht jedoch realistischerweise nicht davon aus, dass die Massenproduktion vor dem Ende des Jahrzehnts erfolgen wird.
Nissan hat in Japan bereits eine Prototypen-Batterieanlage vorgestellt, die daran arbeitet, im Jahr 2028 ein Fahrzeug mit dieser Technologie zu produzieren, ein Jahr nach Toyotas jüngstem Ziel. Das Unternehmen sagte, es gehe davon aus, die Batteriekosten im Jahr 2028 auf 75 US-Dollar pro Kilowattstunde und später auf 65 US-Dollar pro Kilowattstunde zu senken, wodurch seine Elektrofahrzeuge genauso viel kosten würden wie benzinbetriebene Fahrzeuge.
Kaita von Toyota fügte hinzu, dass das Unternehmen das Problem der hohen Kosten durch eine Vereinfachung der Anzahl der für die Herstellung von Batteriematerialien erforderlichen Prozesse lösen möchte.
Auch Start-ups wie QuantumScape, das von Bill Gates und Volkswagen unterstützt wird, haben die Technologie von Festkörperbatterien entwickelt.
Im Jahr 2015 kaufte der Staubsaugerhersteller Dyson Sakti3, ein Solid-State-Start-up, von dem er glaubte, dass es ihm beim Einstieg in die Automobilindustrie helfen würde. Verzögerungen bei der Technologie waren einer der Gründe, warum das Unternehmen 2019 die Pläne zur Herstellung eines Fahrzeugs zurückzog.
Dennoch entwickelte das Unternehmen sein Batteriesystem weiter und baut derzeit eine Fabrik in Singapur, die ab 2025 irgendeine Form von nicht-flüssigen Batterien produzieren soll, was darauf hindeutet, dass dem Unternehmen bereits ein bedeutender Durchbruch gelungen ist.
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Zeigt seine Ambitionen
Seit der Ernennung eines neuen Präsidenten im April hat Toyota versucht, sein Image als Nachzügler bei Elektrofahrzeugen aufzupolieren, nachdem das Unternehmen auf Druck von Aktionären gedrängt hatte, zu erklären, wie das Unternehmen im weltweiten Rennen um batteriebetriebene Fahrzeuge an der Spitze bleiben will.
Im Juni nahm der japanische Automobilhersteller Reporter mit auf eine seltene Tour durch sein technisches Zentrum in der Nähe des Berges Fuji, wo er nicht nur seine Ambitionen für Festkörper- und Flüssig-Lithium-Ionen-Batterien der nächsten Generation vorstellte, sondern auch neue Herstellungsmethoden, die diese einfacher machen werden und schneller, um Elektrofahrzeuge zu produzieren.
„Wir sind nicht sehr gut darin, für uns selbst zu werben, und weil wir übermäßig vorsichtig sind, merken die Leute nur, dass wir gearbeitet haben [on a certain technology] Sobald das Produkt fertig ist“, sagte Kaita und verriet, dass das Unternehmen bereits vor drei Jahren erste Durchbrüche bei Haltbarkeitsproblemen von Festkörperbatterien erzielt hatte.
Führungskräfte haben üblicherweise nur wenige Details über den „technologischen Durchbruch“ preisgegeben. Nakajima sagte lediglich, dass das Unternehmen ein vielversprechendes Material für Festkörperbatterien gefunden habe.
Dies hat einige Aktionäre dazu veranlasst, die Fortschritte von Toyota in Frage zu stellen. Sie sagten, dass der Mangel an Details zum konkreten „Durchbruch“ sie nicht davon überzeugt habe, dass das Ziel bis 2027 erreicht werden könne, und fragten, ob die Ankündigung lediglich dazu gedacht sei, die Sorgen der Anleger über den Gesamterfolg zu zerstreuen EV-Ansatz.
Dennoch bleibt Toyota auf den Termin fixiert. „2027 wird eine Herausforderung für uns sein“, sagte Nakajima, „aber es ist nicht so, dass wir keine Grundlage haben.“ [for the date].“
Zusätzliche Berichterstattung von Eri Sugiura und Harry Dempsey in London