Wie weit sind wir noch von Festkörperbatterien entfernt?

Im Jahr 2025 ist der Festkörperbatterie mit einer bisher nie dagewesenen Begeisterung zum Mittelpunkt der globalen neuen Energiebranche geworden.

Einerseits nähert sich die herrschende Flüssig-Lithium-Ionen-Batterietechnologie in Bezug auf Energiedichte und Sicherheit allmählich der theoretischen Grenze. Weitere Fortschritte konzentrieren sich eher auf technische Gebiete wie die Verdichtung der Materialien und die Effizienz der Batteriemodulbildung. Andererseits gibt es in letzter Zeit von Laboren bis hin zur Industrie ständig Neuigkeiten über technische Durchbrüche, Probenpräsentationen und Massenproduktionspläne für Festkörperbatterien. Diese haben das Interesse des Kapitalmarktes und der Öffentlichkeit geweckt, vor allem angesichts der vielen neuen Konzepte und Fachbegriffe.

Die All-Solid-State Battery (All-Festkörperbatterie) gilt als die nächste Generation von Batterietechnologien mit revolutionären Vorteilen. Die Branche sieht sie als die "ultimative Lösung" für die Reichweitenangst und Sicherheitsbedenken bei Elektromobilen.

Ihre Energiedichte könnte theoretisch 600 Wh/kg (Wattstunden pro Kilogramm) überschreiten, was mehr als das Doppelte der Energiedichte der derzeit vorherrschenden Flüssig-Lithium-Ionen-Batterien (200 - 300 Wh/kg) ist. Darüber hinaus ist sie sicherer, da das Risiko der thermischen Überlastung des Elektrolyten in Flüssig-Lithium-Ionen-Batterien ausgeschlossen werden kann.

Der Weg von der wissenschaftlichen Theorie zur kommerziellen Massenproduktion ist jedoch schwieriger als erwartet. Von der Materialauswahl und Stabilität des Festkörperelektrolyten bis hin zu den hohen Entwicklungskosten und der schwierigen Herstellungstechnologie bildet alles zusammen ein "Todestal" vor der Industrialisierung.

In der gegenwärtigen globalen Konkurrenz um Festkörperbatterien stehen chinesische Unternehmen fast auf der gleichen Stufe wie ihre Wettbewerber aus Europa, den USA, Japan und Südkorea. Alle befinden sich in der kritischen Phase, von der wissenschaftlichen Validierung zur technischen Validierung voranzukommen, und noch kein Unternehmen hat die Schwelle zur kommerziellen Massenproduktion erreicht. Unter den chinesischen Unternehmen, von traditionellen Batterieherstellern wie Guoxuan High-Tech und Sunwoda bis hin zu Unternehmen, die sich speziell auf Festkörperbatterietechnologien konzentrieren, wie QingTao Energy und Weilan New Energy, sowie Automobilherstellern wie Chery und SAIC, alle forschen aktiv in diesem Bereich und setzen auf verschiedene Technologierouten wie Sulfide, Oxide und Polymere.

All-Festkörperbatterien haben in der Laborphase bereits ihr revolutionäres Potenzial gezeigt. Beispielsweise hat die von Sunwoda vorgestellte Probe eine Energiedichte von 400 Wh/kg, und die Zellen des "Rhinoceros S"-Batteriemoduls von Chery Automobile erreichen sogar eine Energiedichte von 600 Wh/kg. Es gibt auch verschiedene Materialien in der Experimentierphase, deren Energiedichte 700 Wh/kg überschreitet.

Die meisten Produkte, die derzeit in kleineren Mengen auf dem Markt sind, gehören eher zur Kategorie der "Halb-Festkörperbatterien" (innerhalb der Branche auch "Fest-Flüssig-Batterien" genannt), mit einer Energiedichte von etwa 350 Wh/kg. Beispielsweise ist die Batterie im SAIC IM L6 von QingTao Energy und hat eine Energiedichte von 368 Wh/kg. Die Zellen des 150 kWh-Langstreckenbatteriepakets von NIO stammen von Weilan New Energy und haben eine Energiedichte von 360 Wh/kg.

Es gibt wesentliche technische Unterschiede zwischen "All-Festkörper" und "Halb-Festkörper" Batterien. All-Festkörperbatterien stellen eine revolutionäre Innovation in Bezug auf Materialien, Technologie und Leistung gegenüber der bestehenden Technologie dar. Halb-Festkörperbatterien sind eher eine Verbesserung der bestehenden Flüssig-Lithium-Ionen-Batteriesysteme. Sie bauen stark auf der Flüssig-Lithium-Ionen-Batterie-Industrie in Bezug auf Materialsystem, Herstellungstechnologie und Ausrüstung auf und gehören im Wesentlichen immer noch zur Kategorie der Flüssig-Lithium-Ionen-Batterien, mit relativ begrenzten Leistungsverbesserungen.

Der technologische Abstand zwischen den beiden ist sehr groß, aber manche Marktakteure neigen dazu, die Definitionen zu verwischen oder zu mischen. Branchenverbände, Technologieexperten und zuständige Behörden beabsichtigen, den Unterschied zwischen "Festkörper" und "Halb-Festkörper" Batterien zu klären. Die gängigste Meinung ist, "Halb-Festkörperbatterien" offiziell als "Lithium-Ionen-Batterien mit fest-flüssigem Misch-Elektrolyten" zu benennen, kurz "Fest-Flüssig-Batterien". Dies soll diese Batterietypen von echten Festkörperbatterien klar unterscheiden und übermäßige Spekulationen im Namen der Festkörperbatterien vermeiden.

Die offizielle Benennung soll auch die derzeitige überhitzte Marktstimmung beruhigen. Seit Anfang dieses Jahres gibt es ständig Neuigkeiten über technische Durchbrüche, Probenpräsentationen und Fortschritte in der Festkörperbatteriebranche, was die Marktbeteiligung auf ein neues Hoch gebracht hat. Im Oktober 2025 waren über Festkörperbatterien häufige Schlagzeilen in den Medien.

Die häufigen Fortschritte haben die Aufmerksamkeit auf Festkörperbatterien erhöht. Der von der Internet-Finanzdienstleistungseinrichtung Orient Fortune veröffentlichte Festkörperbatterie-Index (BK0968) ist vom Tiefststand von 1288 Punkten am 9. April 2025 bis zum Höchststand von 2426 Punkten am 9. Oktober 2025 fast verdoppelt. Der Markt hat jedoch in seiner Begeisterung die große Kluft zwischen experimentellen Ergebnissen und kommerzieller Umsetzung unterschätzt.

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Der "Fortschrittsbalken" der Festkörperbatterietechnologie

Um das aktuelle Entwicklungsniveau von Festkörperbatterien zu bewerten, hat die Branche das von der NASA in den 1970er Jahren entwickelte "Technology Readiness Level" (TRL) eingeführt. Dies ist ein weltweit anerkanntes Instrument zur Bewertung der Reife von Technologien. Es teilt die Reife einer Technologie von der Laborphase bis zur Massenproduktion in neun Stufen ein, die in drei Hauptphasen - wissenschaftliche Validierung, technische Validierung und kommerzielle Validierung - unterteilt sind.

Nach diesem Klassifizierungssystem besteht immer noch ein beträchtlicher Abstand zwischen der derzeitigen Festkörperbatterietechnologie und der reifen Massenproduktion. Die jüngsten Fortschritte in der Forschung und auf dem Markt können auch anhand dieser Stufen eingeordnet werden.

Zwei Forschungsergebnisse (TRL2 - TRL3) einer chinesischen Akademie stellen bedeutende Durchbrüche auf der Ebene der Grundlagenforschung dar. Die Veröffentlichung in renommierten Fachzeitschriften beweist ihre wissenschaftliche Gültigkeit. Diese Fortschritte beschränken sich jedoch auf die validierten wissenschaftlichen Konzepte und wurden noch nicht in das Design von Batteriezellen integriert.

Die neuesten QSE-5 Zellenproben (TRL5 - TRL6) des amerikanischen Unternehmens Quantum Scape wurden im dritten Quartal 2025 an die Partner zur Einbau- und Fahrerprobung ausgeliefert. Auf der Münchner Automobilmesse im September wurde eine Probezelle in einem Motorrad demonstriert. Die Fertigung von Prototypzellen, die Testung in relevanten Umgebungen (Motorrädern und Autos), die Entwicklung der Herstellungstechnologie und der Bau einer Pilotproduktionslinie gehören zu den Hauptaufgaben in der TRL5 - TRL6 Phase. All dies bleibt jedoch auf der Stufe von Proben und nicht von Massenprodukten.

Die von Sunwoda vorgestellte Festkörperbatterie (TRL5 - TRL6) hat eine Energiedichte von 400 Wh/kg und plant, bis Ende 2025 eine Pilotproduktionslinie mit einer Kapazität von 200 MWh (Megawattstunden) zu errichten. Ähnlich wie Quantum Scape befindet sich Sunwoda derzeit in der Phase der Prototypentestung und Pilotproduktionslinienvalidierung.

Das Prototypmodul "Rhinoceros S" (TRL4 - TRL5) von Chery Automobile soll eine Energiedichte von 600 Wh/kg erreichen und hat mehrere extreme SicherheitsTests bestanden, einschließlich Bohren, Nadeldurchstich, 50 % Stauchung und sogar Tauchen in Wasser, ohne dass es zu einer thermischen Überlastung kam. Die Validierung von Proben in kontrollierten Laborumgebungen ist typisch für die TRL4 - TRL5 Phase. Cherys Plan, im Jahr 2027 Fahrtests durchzuführen, ist ein Zeichen für den Übergang in die TRL6 Phase.

Die 200 MWh Pilotproduktionslinie der "Jinshi" Festkörperbatterie (TRL7) von Guoxuan High-Tech ist bereits in Betrieb, und die Ausbeute liegt stabil bei 90 %. Ein Testfahrzeug mit einer "Jinshi" Festkörperbatterieprobe hat bereits über 10.000 Kilometer zurückgelegt. Der Betrieb der Pilotproduktionslinie und die Langstreckenfahrtests sind Kennzeichen für die TRL7 Phase. Dies zeigt, dass die Batterie erfolgreich in einer realen Betriebsumgebung getestet und Daten gesammelt wurden, und nicht nur als Probe auf der Pilotproduktionslinie verbleibt.

Es ist jedoch zu beachten, dass diese Batterie nicht die Energiedichte-maximierende aber auch anspruchsvollere Lösung mit metallischem Lithium-Anode gewählt hat, sondern eine Kombination aus "Sulfid-Elektrolyt + Nickel-reicher Kathode + Silizium-Anode", die derzeit weniger anspruchsvoll für die Massenproduktion ist. Die endgültige Energiedichte der Zelle beträgt 350 Wh/kg, was zwar eine deutliche Verbesserung gegenüber den ternären und Lithium-Eisenphosphat-Batterien darstellt, aber im Vergleich zu Fest-Flüssig-Batterien keine Vorteile hat.

Derzeit befindet sich keine All-Festkörperbatterie eines Unternehmens weltweit in der kommerziellen Validierungsphase. Die von verschiedenen Unternehmen angegebenen Zeitpläne, wie Toyota (2027 - 2028) und Chery (2027), beziehen sich auf den Eintritt in die TRL7 / TRL8 Phase, d. h. die Zeitpunkte der Prototypentestung und Systemvalidierung in realen Umgebungen, nicht auf das Erreichen der TRL9, d. h. die vollständige kommerzielle Einführung. Deshalb bleiben führende Batterieunternehmen wie CATL und BYD vorsichtig gegenüber der hohen Begeisterung für Festkörperbatterien. Sie setzen weiterhin stark in die Technologieentwicklung ein, z. B. hat CATL bereits ein Forschungsteam von über tausend Mitarbeitern für Festkörperbatterien. In Bezug auf den Zeitplan für die kommerzielle Massenproduktion erwarten alle, dass es nicht vor 2030 möglich sein wird.

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Die "Massenproduktionsmarsch" der Flüssig-Lithium-Ionen-Batterien

Beim Bewerten der Aussichten von Festkörperbatterien vergleicht man oft mit der letzten bahnbrechenden Technologie, aber man hat keine reale Vorstellung von dem Prozess "von der Erfindung zur kommerziellen Umsetzung". Die Geschichte der Flüssig-Lithium-Ionen-Batterien wird oft vereinfacht dargestellt: Die Nobelpreis-würdigen wissenschaftlichen Entdeckungen in den 1970er und 1980er Jahren, die erfolgreiche Massenproduktion durch Sony im Jahr 1991 und die Elektromobilitätswelle seit 2010.

Diese Darstellung übersieht die Bemühungen von Wissenschaftlern und Ingenieuren bei der technischen Optimierung und Herstellungstechnologieentwicklung sowie die Kosten, die die gesamte Batterie-Industrie für die Kostensenkung in den Jahrzehnten von der Laborentdeckung zur Massenproduktion und bis heute aufgebracht hat.

Anfangs waren die Herstellungstechnologie der Lithiumbatterien komplex und die Rohstoffe teuer. Der Preis bei der Massenproduktion im Jahr 1991 betrug einmal 7.500 US-Dollar pro kWh (Kilowattstunde). Heute, über 30 Jahre später, liegt der Preis unter 100 US-Dollar pro kWh. Dieser Prozess war nicht von einem Tag auf den anderen möglich, sondern das Ergebnis von ständigen hohen Investitionen, der Expansion der Produktionskapazität, der kontinuierlichen Optimierung der Prozesskontrolle sowie der Verbesserung der Materialausnutzung und der Produktionsausbeute.

Auch die Sicherheit hat einen langen Entwicklungsprozess durchlaufen. Anfangs hatten Lithiumbatterien ernsthafte Sicherheitsrisiken, insbesondere das Problem der thermischen Überlastung. Die Branche hat Jahrzehnte gebraucht, um ein komplettes Sicherheitsystem, strenge Testprotokolle und Industriestandards aufzubauen, um die Batterien in den Bereichen Konsumelektronik, Automobile und Energiespeicherung massenhaft einsetzen zu können. Dies war ein passiver Entwicklungsprozess, der oft von großen Sicherheitsincidents angetrieben wurde, mit Anstrengungen von Forschern und teuren Lehrstunden.

Zusätzlich musste die globale Lieferkette von Grund auf aufgebaut werden, um die Schlüsselmaterialien wie Batterie-grade Lithium, Kobalt, Nickel, Graphit und Separatoren bereitzustellen. Selbst heute stehen sie immer noch vor den Herausforderungen der Rohstoffgewinnung und der geopolitischen Situation.

Die Entwicklung der Flüssig-Lithium-Ionen-Batteriebranche zeigt, dass die Phase, die am meisten auf die Kostensenkung und die Verbesserung der Zuverlässigkeit Einfluss hat, oft nach der ersten kommerziellen Einführung stattfindet. Die tatsächlichen Kosten und Leistung von Festkörperbatterien werden erst nach einem schwierigen Anstieg der Massenproduktion sichtbar werden.

Die derzeitigen Kostenschätzungen für Festkörperbatterien basieren meist auf Labor-skalierten Technologien und idealisierten Annahmen. Die Erfahrungen mit Flüssig-Lithium-Ionen-Batterien zeigen jedoch, dass die tatsächlichen Herstellungskosten in der Realität hauptsächlich von der Ausbeute, der Produktivität und der Abschreibung der Ausrüstung abhängen - alles Faktoren, die für die gegenwärtige Phase der Festkörperbatterien noch unbekannt sind.

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Bekannte und unbekannte Herausforderungen

Ob Festkörperbatterien die technische und kommerzielle Validierung bestehen können, hängt in hohem Maße von den technologischen Durchbrüchen auf dem Gebiet des Kernmaterials - des Festkörperelektrolyten - ab. Derzeit konzentriert sich die Branche hauptsächlich auf drei Haupttechnologierouten: Sulfide, Oxide und Polymere, von denen jede unterschiedliche und große Herausforderungen zu bewältigen hat.