BMWs aktuelle Elektrofahrzeuge i4, i5, i7 und iX sind mit Batteriezellen der fünften Generation der Marke unterwegs. Doch für die 2025 startende sogenannte Neue Klasse krempelt BMW seine Elektrotechnik völlig um: Die neue Fahrzeuggeneration steht auf einer reinen Elektroplattform, kommt mit runden statt wie bisher prismatisch geformten Batteriezellen und soll 30 Prozent mehr Reichweite und 30 Prozent schnelleres Laden bei 60 Prozent weniger CO₂-Emissionen in der Produktion bieten. Derzeit entwickelt BMW in Parsdorf bei München (D) die Produktionslinie für die neuen Zellen. Aber die Ingenieure des Autobauers denken längst weiter.
Feststoff- oder Solid-State-Batterien gelten als die Zukunft des Elektroantriebs. Es werde zwar noch dauern, bis solche Akkus in Serie kommen: «Realistisch gesehen, werden wir noch einige Jahre benötigen, bis die Technologie ausgereift und für die Industrialisierung bereit ist – dies dürfte erst gegen Ende des Jahrzehnts der Fall sein», sagt Peter Lamp, der seit langem für BMWs Batterietechnik zuständig ist. Doch Prototypen zeigen jetzt schon, was möglich sein wird.
Zwei Zellentypen in einer Batterie
Beispielsweise arbeitet BMW mit dem Start-up Our Next Energy – oder kurz One – aus dem US-Bundesstaat Michigan bei der Entwicklung solcher Batterien zusammen. Beide sind offenbar einen grossen Schritt weitergekommen: Ein BMW iX schaffte jetzt mit einer sogenannten Gemini-Batterie eine Reichweite von über 978 Kilometern mit einer Ladung. Dieser Batterietyp bietet 185 Kilowattstunden (kWh) Kapazität und wiegt bei einem Volumen von 411 Litern 710 Kilogramm. Er verbindet zwei unterschiedliche Technologien in einem Paket: Ein Teil des Akkus ist mit kostengünstigen Lithium-Eisen-Phosphat-Zellen (LFP) gefüllt, die für die ersten 240 Kilometer sorgen und die Fahrten im normalen Alltag abdecken können. Solche Zellen wollen schon in Kürze unter anderem Ford und VW in ihren Modellen anbieten.
Der sogenannte Elektrolyt ist entscheidend für die Eigenschaften einer Fahrzeugbatterie. Über ihn sind die beiden Pole einer Batterie namens Anode und Kathode verbunden – so ist der Fluss von Ionen zwischen den Polen möglich, bzw. der von Elektronen, also elektrischem Strom, in der Gegenrichtung. Wichtigster Unterschied der Feststoffbatterie zu heutigen Akkus: Der Elektrolyt ist fest und nicht flüssig und besteht aus Keramik oder Kunststoff.
Mit festem Elektrolyt aber lässt sich statt Graphit wie bisher neu Lithium als Material der Anode nutzen – das verbessert die elektrochemischen Eigenschaften der Batterie und bringt Vorteile: kürzere Ladezeiten, höhere Kapazität auf gleichem Raum und damit höhere Reichweiten. Zudem sinken bei Feststoffbatterien die Kosten und die Gefahr von Bränden in der Batterie massiv.
Der sogenannte Elektrolyt ist entscheidend für die Eigenschaften einer Fahrzeugbatterie. Über ihn sind die beiden Pole einer Batterie namens Anode und Kathode verbunden – so ist der Fluss von Ionen zwischen den Polen möglich, bzw. der von Elektronen, also elektrischem Strom, in der Gegenrichtung. Wichtigster Unterschied der Feststoffbatterie zu heutigen Akkus: Der Elektrolyt ist fest und nicht flüssig und besteht aus Keramik oder Kunststoff.
Mit festem Elektrolyt aber lässt sich statt Graphit wie bisher neu Lithium als Material der Anode nutzen – das verbessert die elektrochemischen Eigenschaften der Batterie und bringt Vorteile: kürzere Ladezeiten, höhere Kapazität auf gleichem Raum und damit höhere Reichweiten. Zudem sinken bei Feststoffbatterien die Kosten und die Gefahr von Bränden in der Batterie massiv.
Für längere Strecken gibt es den zweiten Teil im Akkupaket, der im Fall des iX-Prototypen 700 Kilometer für die Langstrecke beisteuert und anodenfreie Zellen mit besonders hoher Energiedichte nutzt. «Die umgerechnet über 600 Meilen, die der BMW iX mit Gemini erreicht hat, sind beeindruckend», sagt Jürgen Hildinger, Leiter des Bereichs Hochvoltspeicher bei BMW. Aber die Entwicklung sei längst nicht abgeschlossen: Noch sei die Lebensdauer der Feststoff-Zellen deutlich kürzer als jene der LFP-Zellen. Zudem könnten die Zellen nicht ausreichend hohe Leistung an den Elektromotor abgeben und sie zum Beispiel beim regenerativen Bremsen auch nicht so schnell wie nötig wieder aufnehmen.
Klar ist aber schon: Die Gemini-Technologie von One bietet nicht nur eine höhere Reichweite, sondern reduziert auch den Lithiumverbrauch um bis zu 20 Prozent, den Graphitverbrauch um 60 Prozent und minimiert die Verwendung von Nickel und Kobalt. Vor allem Kobalt ist umstritten im Hinblick auf die soziale und ökologische Nachhaltigkeit seiner Förderung. BMW ist bei weitem aber nicht der einzige Autobauer, der mit Hochdruck am Feststoffakku forscht. Erst im Herbst hatte Toyota bekannt gegeben, bereits 2027 oder 2028 Elektroautos mit der neuartigen Technologie auf den Markt bringen zu wollen. Diese sollen 1000, später sogar bis zu 1200 Kilometer Reichweite schaffen.