Donut Lab Festkörperbatterie: 409 Wh/kg und grosse Zweifel

Die Aufregung um die Festkörperbatterie von Donut Lab hält an – ebenso die Kontroverse. Das finnisch-estnische Unternehmen veröffentlichte heute Testergebnisse des finnischen Staatslabors VTT zur Energiedichte seiner Zelle: 409 Wh pro Kilogramm. Das entspricht rund dem Anderthalbfachen einer durchschnittlichen Lithium-Ionen-Zelle – oder anders gesagt: Für dieselbe Speicherkapazität wären nur zwei Drittel der Batteriemasse nötig.

Hinzu kommt die frühere Behauptung, der Ladezustand lasse sich in weniger als fünf Minuten von 0 auf 80 Prozent bringen. Sollte das tatsächlich wie angekündigt funktionieren, wäre eine Elektroautobatterie bei gleicher Reichweite deutlich leichter als heutige Akkus und zugleich schneller geladen.

Donut Lab Festkörperbatterie: Energiedichte auf Zellebene

Konkret bezieht sich der Wert von 409 Wh/kg auf die Zellebene. Das wäre der Wert einer Batterie etwa in Geräten oder Drohnen, wo die Technologie voraussichtlich zuerst zum Einsatz kommt. In einem Auto kämen jedoch noch die umgebende Struktur, Kupfer für die Verbindung aller Zellen sowie Flüssigkeitskühlung hinzu.

Weil die Batterie laut Angaben besonders widerstandsfähig gegen Hitze sein soll – einer der grossen Vorteile von Festkörpertechnik –, könnte die Kühlung aber einfacher und leichter ausfallen als bei einer herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterie mit Gel-Elektrolyt.

„Wir streben auf Pack-Ebene 350 Wh/kg an“, sagt Donut-Lab-CEO Marko Lehtimäki gegenüber TopGear.com. Eine Batterie mit 500 kg Gewicht hätte damit eine Kapazität von 175 kWh – erheblich mehr als die Batterien heutiger Autos.

Donut Labs hatte bereits zuvor Ergebnisse für seine Zelle präsentiert, die eine stabile Leistung bei 80 Grad C zeigten. Bei einem weiteren Test funktionierte sie nach einer physischen Beschädigung weiterhin, wenn auch nicht mit voller Kapazität, und fing nicht Feuer. Ausserdem dehne sie sich beim Laden und Entladen nicht so stark aus und ziehe sich nicht so stark zusammen wie andere Festkörperkonstruktionen. Donut zufolge sind daher keine schweren mechanischen Klemmsysteme erforderlich.

Haltbarkeit, Rohstoffe und Fertigung der Donut-Batterie

Robust? Lehtimäki erklärt TopGear.com, dass die Batterie bei dieser Art des Schnellladens selbst bis zu 90 Prozent Kapazität und darüber hinaus 5.000 Zyklen durchhalten könne. Bei schonenderem Laden und Entladen unter gemässigteren Temperaturen, etwa bei der stationären Energiespeicherung im Netz, seien laut ihm 100.000 Zyklen möglich.

Darüber hinaus wiederholt Lehtimäki gegenüber Top Gear seine frühere Aussage, dass die Zellen weder Lithium noch Kobalt enthalten. Die weltweiten Vorräte dieser Mineralien werden fast vollständig in China verarbeitet, wodurch die Batterieproduktion geopolitisch stark verwundbar ist. Er betont, dass die für die Donut-Batterie verwendeten Mineralien stattdessen günstig seien und überall verfügbar wären. „Wir könnten alle Batterien herstellen, die das Vereinigte Königreich braucht, im Vereinigten Königreich, aus Materialien aus dem Vereinigten Königreich, ohne neue Minen.“

Die Behauptungen reissen nicht ab. Fabriken für herkömmliche Batteriezellen benötigen Umgebungen, die so staubfrei wie medizinische Bereiche sind. Für Donuts Zellen sei das laut Lehtimäki nicht nötig. „Das bedeutet, dass wir sie in bestehenden Industrieanlagen bauen können. Nichts wird explodieren oder so, und wir bräuchten weder spezielle giftige Stoffe noch besondere Materialhandhabung. Wir brauchen keine Reinräume.“

Genau deshalb, so Lehtimäki, würden diese Zellen trotz der behaupteten erheblichen Vorteile bei Energiedichte, Ladegeschwindigkeit, Haltbarkeit und Feuerbeständigkeit nicht mehr kosten als konventionelle Lithium-Ionen-Zellen. „Wir stellen diese Batterien aus Materialien her, die weder teuer noch volatil sind. Das sind die zwei Dinge, die die Kosten bestimmen.“

Auf die Frage, was sich in den Zellen befinde, wenn nicht das heute übliche Lithium und kritische Mineralien, verweigert Lehtimäki eine Antwort. Weltweite Konzerne jagen seit vielen Jahren dem Heiligen Gral der Festkörperbatterien nach. Deshalb müsse Donut seine Rezeptur geheim halten, sagt er. „Als kleines Unternehmen müssen wir jeden Teil unseres geistigen Eigentums schützen: auf Anwendungs-, Struktur- und Fertigungsebene.“

Grosse chinesische Unternehmen sowie andere, die von Daimler, VW und Rimac unterstützt werden, haben Festkörperzellen bislang nicht in die Produktion gebracht. Das gilt ebenso für die eigenen Bemühungen von Nissan und Toyota. Donut ist mit nur 70 Beschäftigten ein sehr kleines Unternehmen; dazu zählen auch jene, die am radlosen Radnabenmotor arbeiten, der dem Unternehmen seinen Namen gab. Selbst wenn die Zelltechnologie von einem externen Partner in Deutschland stammt, wäre ein solcher Durchbruch erstaunlich … falls er tatsächlich gelungen ist.

Zweifel an den Tests und die bipolare Festkörperzelle

In diesem Informationsvakuum bezeichnen viele Beobachter die Donut-Batterie als Täuschung. Tatsächlich erreichen die fortschrittlichsten Lithium-Ionen-Zellen bei Ladegeschwindigkeit und Energiedichte Werte auf dem Niveau von Donuts Behauptungen. Mehrere Fachleute vermuteten, dass es sich bei den Donut-Demozellen von Anfang an um Lithium-Ionen-Zellen gehandelt haben könnte.

Sogar der VTT-Bericht bezeichnete die Zellen als „vom Kunden bereitgestellte Energiespeichergeräte, die der Kunde als Festkörperbatteriezellen identifiziert hat“. Der Kunde war Donut.

Kritik erhielt Donut auch dafür, sich auf kleine und möglicherweise leichtgläubige Anleger konzentriert zu haben – die zunächst Potenzial im radlosen Motor sahen – statt auf technologieerfahrenes Risikokapital.

Nun sagt Lehtimäki jedoch, er habe einen Beweis dafür, dass es sich tatsächlich um Festkörperzellen handelt. Intertek, eine weitere Prüforganisation, führte einen Test mit mehreren Zellen durch, die bipolar aufgebaut worden waren. Das bedeutet, dass jede Elektrode auf einer Seite Anode und auf der anderen Kathode ist, also beide Pole besitzt und in mehreren Schichten gestapelt werden kann – wie ein Club-Sandwich. Dadurch lässt sich eine deutlich höhere Gesamtspannung als bei einer einzelnen Zelle erzeugen, ohne das Gewicht einer externen Reihenschaltung durch Verkabelung.

Bipolare Zellen lassen sich nicht mit herkömmlichen Gel-Elektrolyten herstellen, weil das Gel um die Elektroden herum auslaufen und einen Kurzschluss verursachen würde. Der Intertek-Bericht zeigt erstmals Fotos einer von Donut gelieferten bipolaren Zelle, die Intertek nach der Prüfung ihrer Speicherkapazität zerlegte. Die Schichten sind tatsächlich trocken.

Lehtimäki erklärt TopGear.com: „Wenn man von Flüssigelektrolyten zu Festkörpern übergeht, ist das ein gewaltiger Sprung. Aber der Schritt von Festkörpern zu bipolaren Festkörpern ist fast ebenso gross. Das betrifft vor allem die Verpackungsebene, weil man nicht mehr Hunderte kleiner Spannungen miteinander verkettet.

„Der Innenwiderstand wird minimiert, alle Ionen bewegen sich durch jede einzelne Schicht in der Batterie. Man beseitigt den grössten Teil der Wärmeentwicklung sowie das Kupfer und die Stromschienen. Man muss nicht jede Zelle, Spannung und Temperatur überwachen und entfernt damit fast die gesamte Elektronik aus dem Batteriepaket.“

Doch … es gibt ein Aber. Tief im 17-seitigen Intertek-Bericht steht: „Intertek hat nicht bestätigt, dass das geprüfte Gerät eine funktionsfähige Batteriezelle ist, die elektrisch entladen/geladen werden kann.“

Die Zelle, die Intertek zuvor für den Nageldurchdringungstest verwendet hatte, war allerdings in einem anderen Intertek-Labor geladen und entladen worden. Es handelte sich zudem um genau dasselbe Muster, das für die Zerlegung genutzt wurde.

Es besteht kein Zweifel daran, dass die Donut-Batterie noch einige Zeit von Geheimnissen umgeben sein wird. Sie könnte sich als Betrug herausstellen. Oder sie könnte echt sein. Falls sie echt ist und die genaue chemische Mischung zwar komplex, ihr Ursprung und ihre Herstellung jedoch unkompliziert sind, wäre der Anreiz für Konkurrenten enorm, sie zu kopieren. Donut muss die Geheimhaltung deshalb so lange wie möglich aufrechterhalten.

Und während viele Batterieexperten sagen, etwas derart Leistungsfähiges und Günstiges sei im Grunde unmöglich, gelten viele Erfindungen als unmöglich – bis sie es nicht mehr sind.