Update: Unabhängiger Test bestätigt Herstellerangaben zur Feststoff-Batterie von Donut Labs: 11 C Laderate

Die Anatomie des schnellen Ladens: Analyse der Donut Labs Feststofftechnologie

Manchmal sind es die unscheinbaren Messergebnisse aus einem nordischen Labor, die das Potenzial haben, die gesamte Architektur der modernen Elektromobilität infrage zu stellen. Während etablierte Automobilhersteller Millionen in komplexe Kühlsysteme und massiven mechanischen Druck investieren, um ihre Batteriezellen vor dem thermischen Kollaps zu bewahren, deutet ein aktueller Prüfbericht des Technologieforschungszentrums VTT auf einen radikal anderen Weg hin. Die Rede ist von der Feststoffbatterie des Unternehmens Donut Lab, die in unabhängigen Tests unter Bedingungen bestehen musste, die herkömmliche Lithium-Ionen-Akkus binnen Sekunden in die Knie gezwungen hätten. Es geht dabei nicht nur um die schiere Ladegeschwindigkeit, sondern um die physikalische Gelassenheit, mit der diese Zelle auf extreme Belastungen reagiert.

Revolutioniert dieser Solid State-Akku aus Finnland die E-Mobilität?

Die Neugier in der Fachwelt war groß, als die ersten Datenreihen zur Laderate und zum thermischen Verhalten veröffentlicht wurden. In einem Versuchsaufbau, der bewusst auf aktive Temperaturkontrolle verzichtete, wurde die Zelle Belastungen ausgesetzt, die man gemeinhin als Worst-Case-Szenario bezeichnet. Dabei nutzten die Forscher zwei passive Kühlkonfigurationen, um zu sehen, wie die Hardware mit der entstehenden Abwärme umgeht. Im ersten Szenario umschlossen lediglich zwei leicht komprimierte Aluminiumplatten die Zelle, im zweiten war nur die Unterseite mit einer Kühlplatte verbunden. Das ist ein minimalistischer Ansatz, der in der Serienfertigung enorme Gewichtsvorteile und Kosteneinsparungen verspricht, da aufwendige Wasserkreisläufe und Pumpensysteme theoretisch entfallen könnten.

Aber die eigentliche Überraschung zeigten die Messwerte der sogenannten C-Rate. Zur Einordnung für den Laien: Eine Laderate von 1 C bedeutet, dass eine Batterie in 60 Minuten vollständig geladen wird. Moderne Elektroautos an Schnellladestationen operieren meist im Bereich von 1 C bis 3 C, wobei die Leistung oft nach wenigen Minuten aufgrund der Hitzeentwicklung gedrosselt werden muss. Die Donut-Zelle hingegen wurde im Test mit 5 C und schließlich mit der extremen Rate von 11 C befeuert. Das Ergebnis dieser Belastungsprobe ist bemerkenswert, denn die Zelle erreichte bei 5 C bereits nach etwa 9,5 Minuten einen Ladestand von 80 Prozent. Die volle Kapazität war nach etwas mehr als 12 Minuten erreicht, wobei die Zelle im anschließenden Entladevorgang ihre volle Leistungsfähigkeit ohne Verluste zurückgab.

Deshalb stellt sich die Frage, wie sich dieses System unter noch extremeren Bedingungen verhält, wenn die Zeitvorgabe auf das Niveau eines herkömmlichen Tankstopps schrumpft. Bei der Messung mit 11 C gelang es den Technikern des VTT, die Zelle innerhalb von nur 4,5 Minuten von Null auf 80 Prozent zu peitschen. Die vollständige Ladung auf 100 Prozent dauerte lediglich etwas mehr als sieben Minuten. Dass dabei eine Energieeffizienz von 98,4 bis 99,6 Prozent bei der anschließenden Entladung gemessen wurde, unterstreicht die Stabilität des chemischen Systems. Es scheint, als hätte Donut Lab einen Weg gefunden, den inneren Widerstand der Zelle so weit zu senken, dass die gefürchtete Hitzeentwicklung beim Ultraschnellladen nicht mehr zum limitierenden Faktor wird.

Ein wesentlicher technischer Vorteil dieser Feststoffbatterie liegt in ihrer mechanischen Genügsamkeit. Viele konkurrierende Feststoffkonzepte leiden unter dem Problem, dass sie einen enormen Kompressionsdruck benötigen, um den Kontakt zwischen den Elektrolytschichten aufrechtzuerhalten. Zudem dehnen sich manche Prototypen während des Ladezyklus um bis zu 20 Prozent aus, was das Gehäuse-Design vor fast unlösbare Aufgaben stellt. Die Donut-Batterie hingegen kommt ohne diese massive Kompression aus und zeigt sich formstabil. Dies ermöglicht eine deutlich höhere Energiedichte auf Systemebene, da das Volumen des Gehäuses und der Haltestrukturen minimiert werden kann.

Trotz dieser beeindruckenden Labordaten bleibt eine gewisse Skepsis angebracht, ob sich diese Performance eins zu eins in ein komplettes Batteriemodul für ein Serienfahrzeug übertragen lässt. Ein Modul besteht aus Hunderten solcher Zellen, und die thermische Interaktion in einem engen Verbund folgt eigenen Gesetzen. Dennoch ist der Nachweis, dass die Einzelzelle auch bei passiver Kühlung nicht überhitzt, ein starkes Indiz für eine robustere Architektur. Wenn die aufwendige Kühlung entfällt, sinken nicht nur die Produktionskosten, sondern auch die Fehleranfälligkeit des Gesamtsystems.

Experten hegen jedoch Zweifel, ob die Infrastruktur an den öffentlichen Straßen schon bereit für solche Leistungen ist. Eine Laderate von 11 C bei einem durchschnittlichen Pkw-Akku von 80 Kilowattstunden würde eine Ladeleistung von fast 900 Kilowatt erfordern. Das übersteigt die Kapazität der derzeitigen High-Power-Charger, die meist bei 350 bis 400 Kilowatt gedeckelt sind, bei weitem. Die Batterie von Donut Lab scheint ihrer Zeit und der vorhandenen Ladeinfrastruktur also technologisch voraus zu sein. Es nützt dem Autofahrer wenig, wenn sein Wagen in fünf Minuten laden könnte, die Säule aber nur einen Bruchteil dieser Energie liefert.

Die ökonomische Einordnung des Projekts ist ebenfalls ein entscheidender Faktor für den Markterfolg. Donut Lab plant verschiedene Modellversionen ihrer Batterietechnologie, die sich primär in der Energiedichte und den Zielsegmenten unterscheiden. Eine Basisversion für urbane Kleinfahrzeuge könnte preislich so kalkuliert werden, dass sie Lithium-Ionen-Systeme unterbietet, da der Verzicht auf seltene Metalle und komplexe Kühltechnik die Kosten drückt. Für das Premiumsegment sind Hochleistungsmodule angedacht, die trotz ihrer enormen Schnellladefähigkeit eine Lebensdauer versprechen, die über der des restlichen Fahrzeugs liegt. Genaue Preisaufstellungen pro Kilowattstunde hängen stark von der Skalierung der Produktion ab, doch Experten gehen davon aus, dass bei Erreichen der Serienreife Kosten von unter 80 Euro pro Kilowattstunde realistisch sind.

Aber der Weg bis zur Massenproduktion in Deutschland oder dem restlichen Europa ist noch weit. Die Ergebnisse des VTT sind ein wichtiger Meilenstein und dienen als Validierung gegenüber Investoren und Automobilherstellern, die händeringend nach Alternativen zur aktuellen Dominanz asiatischer Zellproduzenten suchen. Dass die Zelle ohne spezielle Kompression funktioniert, macht sie besonders für die Integration in bestehende Fahrzeugplattformen interessant, da keine massiven Umkonstruktionen der Unterbodenstrukturen nötig sind.

In der Gesamtschau zeigt der Prüfbericht, dass die Vision vom Laden in der Dauer einer Kaffeepause technisch keine Utopie mehr ist. Die Donut Labs Batterie liefert die validen Daten, die bisher oft nur in Marketingbroschüren zu finden waren. Wenn es dem Unternehmen gelingt, die Stabilität über Tausende von Zyklen hinweg nachzuweisen und die Produktion prozesssicher zu skalieren, könnte diese Technologie zum entscheidenden Hebel für die Akzeptanz der Elektromobilität werden. Es bleibt jedoch abzuwarten, wie sich die Zelle im realen Fahrbetrieb bei extremen Minusgraden oder unter dauerhafter Hochlast auf der Autobahn schlägt, denn das Labor simuliert vieles, aber nicht den harten Alltag auf dem Asphalt.