Ab 2030: Batterien von Stellantis und Zeta Energy für E-Autos

Stellantis und Zeta Energy haben eine Zusammenarbeit initiiert, um Lithium-Schwefel-Batterien für Elektrofahrzeuge zu entwickeln, die ab 2030 in den Markt eingeführt werden sollen. Diese Batterien zielen darauf ab, eine Energiedichte zu erreichen, die mit der heutigen Lithium-Ionen-Technologie vergleichbar ist. Beide Firmen haben eine entsprechende Entwicklungsvereinbarung unterzeichnet.

Die neuen Batterien sollen nicht nur leichter sein, sondern auch die Ladezeit um bis zu 50 Prozent verkürzen. Aktuelle 400-Volt-Systeme laden mit 2,1 bis 2,5 kWh pro Minute, während die neuen Lithium-Schwefel-Batterien über 3 kWh pro Minute schaffen könnten, vergleichbar mit den modernen 800-Volt-Systemen.

Die Kosten für die neuen Batterien sollen weniger als die Hälfte der heutigen Lithium-Ionen-Batterien betragen, insbesondere im Vergleich zu NMC-Zellen. Laut dem Batterieexperten Dirk-Uwe Sauer liegen die Kosten für NMC-Zellen derzeit bei etwa 80 bis 100 Euro pro kWh, während LFP-Zellen etwa 60 Euro pro kWh kosten. Die neuen Lithium-Schwefel-Batterien sollen etwa 45 Euro pro kWh kosten.

Ned Curic, der Chief Technology Officer von Stellantis, hebt hervor, dass die Partnerschaft mit Zeta Energy darauf abzielt, umweltfreundliche, sichere und erschwingliche Elektrofahrzeuge zu entwickeln. Tom Pilette von Zeta Energy ergänzt, dass die Kombination aus Lithium-Schwefel-Technologie und Stellantis' Fachwissen in Innovation und Fertigung die Leistung und Kosteneffizienz von Elektrofahrzeugen erheblich verbessern könnte.

Die neuen Batterien werden aus Abfallstoffen und Methan hergestellt, was die CO2-Emissionen im Vergleich zu aktuellen Batterien verringert. Die Produktion soll in bestehenden Gigafactories erfolgen, mit kurzen Lieferketten in Europa und Nordamerika. Die Kooperation umfasst sowohl die Vorserienentwicklung als auch die Planung für die zukünftige Serienproduktion.

Schwefel, eines der am häufigsten vorkommenden chemischen Elemente, wird entweder in reiner Form oder aus Erzen gewonnen, hauptsächlich in China, den USA und Russland. Die niedrigen Kosten und vielfältigen Quellen verringern die Risiken in der Lieferkette. Zeta Energy nutzt unraffinierten Schwefel, ein Nebenprodukt verschiedener Industrien, und benötigt keine teuren Metalle wie Nickel oder Kobalt, noch Graphit, das hauptsächlich aus China stammt.

Lithium-Schwefel-Batterien bestehen aus Elektroden aus elementarem Lithium und Schwefel. Wie bei herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien wandern Lithium-Ionen zwischen den Elektroden hin und her. Verschiedene Elektrolyte, darunter wasserfreie Flüssigkeiten, Feststoffe und Gele, werden erforscht. Anders als bei Graphitanoden kommt es bei Schwefel-Anoden zu chemischen Reaktionen, die zu verschiedenen Lithiumsulfiden wie Li2S führen.

Da Schwefel von Natur aus kaum elektrisch leitfähig ist, wird er mit Kohlenstoff kombiniert, wie zum Beispiel Graphit, Ruß oder Kohlenstoff-Nanoröhren. Vermutlich nutzt Zeta Energy Methan zur Herstellung dieser Stoffe. Die Spannung von Lithium-Schwefel-Zellen beträgt 2,2 Volt, deutlich niedriger als bei gängigen Lithium-Ionen-Zellen (3,6 bis 3,7 Volt), aber die theoretische Energiedichte ist viel höher, bis zu 2,7 kWh pro Kilogramm. Praktisch erreicht wurden bisher maximal 350 Wh/kg, was immer noch über den Werten der aktuellen NMC-Zellen liegt. Ein Schwachpunkt ist jedoch die bisher geringere Zyklenfestigkeit.

Stellantis setzt derzeit vorwiegend auf NMC-Batterien, während in der Smart Car Plattform (Citroen e-C3, e-C3 Aircross, Fiat Grande Panda, Opel Frontera Electric) LFP-Chemie zum Einsatz kommt. Dies wird als "Dual-Chemistry-Ansatz" bezeichnet. Darüber hinaus erforscht Stellantis auch andere Technologien wie Festkörper-, Natrium-Ionen- und Lithium-Schwefel-Batterien und investiert in Spezialisten wie Lyten und das IBIS-Projekt (Intelligent Battery Integrated System).

Zusammengefasst sind Lithium-Schwefel-Batterien derzeit noch nicht marktreif, aber ihre Weiterentwicklung könnte sich aufgrund der Technologieneutralität in der Batteriechemie lohnen. Während die Energiedichte bei modernen Elektroautos mit Reichweiten von 600 km und mehr keine große Rolle mehr spielt, rücken Kosten und Ladegeschwindigkeit in den Fokus. Die Lithium-Schwefel-Batterie könnte hier eine wichtige Rolle spielen, auch wenn sie ähnliche Anforderungen an den Elektrolyten hat wie andere Batterien mit hochreaktiven Lithium-Metall-Anoden.