Festkörperbatterien kommen der Realität für zukünftige Elektrofahrzeuge näher

Die solideste Alternative zu den weit verbreiteten Lithium‑Ion‑Batterien, mit den Vorteilen verbesserter Sicherheit, höherer Energiedichte, längerer Lebensdauer und schnellerer Aufladung, ist fast da.

Diese vielversprechende Alternative sind Festkörperbatterien (SSBs), die flüssige Elektrolyte durch feste Elektrolyte ersetzen, wodurch das Brandrisiko eliminiert wird und kompaktere Designs ermöglicht werden, sowie  die Unterstützung von mehr Ladezyklen vor dem Abbau. 

Eine aktuelle Studie¹ der University of California hat die Technologie überprüft und festgestellt, dass sie nicht nur Elektroautos, sondern auch Unterhaltungselektronik und Energiespeicherung transformieren kann. Der Schlüssel dazu ist Chemie und Ingenieurwesen.

“Durch das Entfernen der Flüssigkeit und die Verwendung stabiler fester Materialien können wir sicher mehr Strom gleichzeitig in die Batterie pumpen, ohne das Risiko von Überhitzung oder Bränden.”

– Leitender Autor Cengiz Ozkan, Professor für Maschinenbau an der UCR

Im Gegensatz zur Flüssigkeit in herkömmlichen Lithium‑Ion‑Batterien, die im Laufe der Zeit abbaut, ein Brandrisiko darstellt und die Ladegeschwindigkeit begrenzt, bietet das in Festkörperbatterien verwendete feste Material eine stabilere und sicherere Umgebung, die effizienteres Laden mit weniger Sicherheitsbedenken ermöglicht.

Mit seinen überlegenen Eigenschaften im Vergleich zu den derzeitigen Lithium‑Ion‑Batterien gewinnen SSBs bei Unternehmen stark an Aufmerksamkeit, doch bisher bleibt die Technologie im Entwicklungsstadium. Das wird jedoch nicht mehr lange der Fall sein.

Real-World-Validierung: Festkörperbatterien in Elektrofahrzeugen (QS/VW-Demo)

In dieser Woche hat der Festkörperbatterie‑Entwickler QuantumScape (QS ), zusammen mit seinem Geschäftspartner PowerCo, eine Live‑Demonstration seiner energie‑dichten Festkörper‑Lithium‑Metall‑Batterien durchgeführt, die ein Fahrzeug antreiben.

PowerCo ist das Batteriegeschäft der Volkswagen Gruppe, einem der weltweit führenden Automobilhersteller und dem größten Autobauer Europas. VW ist Eigentümer von Marken wie Audi, Bentley, CUPRA, Ducati, Lamborghini, Porsche, SEAT und Škoda. Das Unternehmen produziert zudem leichte Nutzfahrzeuge und schwere Nutzfahrzeuge wie MAN und Scania, während CARIAD die Software‑ und Technologieeinheit für alle Fahrzeuge der Volkswagen Gruppe ist. 

Die VW Gruppe und PowerCo sind seit langem Investoren in der Festkörpertechnologie von QuantumScape und testen seit Jahren ihre Prototypzellen.

Jetzt haben QuantumScape, PowerCo und die Volkswagen Gruppe zum ersten Mal die neue Technologie auf der IAA Mobility in München, einer der weltweit größten Mobilitätsmessen, präsentiert. 

Als sie das schwarze Tuch vom Fahrzeug entfernten, enthüllten sie ein modifiziertes, vollständig elektrisches Ducati V21L Rennmotorrad, das vollständig von QSE-5 Festkörperzellen angetrieben wird.

Die Festkörperzellen im Motorrad wurden mit QuantumScapes proprietärer Fertigungsplattform (Cobra‑Produktionsprozess) zusammengebaut, die eine schnellere Wärmebehandlung ermöglicht, weniger Platz benötigt und bestimmte Materialschritte eliminiert. Das bahnbrechende Batteriesystem wurde gleichzeitig von Spezialisten bei Audi speziell für QS‑SSB‑Zellen entwickelt.

Die Demonstration stellt einen großen Meilenstein nicht nur für die beteiligten Unternehmen, sondern auch für den Elektrofahrzeugsektor dar, da es das erste Mal war, dass QuantumScapes anodenfreie Zellen vom Werk in ein echtes Fahrzeug überführt wurden, das die Welt sehen kann.

“Heute haben wir die Schwelle von der Möglichkeit zur Realität überschritten.”

– QuantumScape CEO und Präsident Dr. Siva Sivaram

Seine Anmerkung zufolge positioniert die Partnerschaft des Unternehmens mit PowerCo QuantumScape, um seine transformative Technologie auf Gigawattstunden (GWh)‑Produktion zu skalieren, und gemeinsam werden sie “eine neue Ära der elektrifizierten Mobilität einleiten”.

Laut der offiziellen Ankündigung stellt die weltweit erste Live‑Demonstration von QS Festkörper‑Lithium‑Metall‑Batterien, die ein Elektrofahrzeug antreiben, einen bedeutenden Fortschritt in der Batterietechnologie und einen großen Schritt zur Kommerzialisierung von Festkörper‑EVs dar.

Mit dieser Technologie ist das Ziel, die EV‑Revolution voranzutreiben, die PowerCo‑CEO Frank Blome als “die größte Transformation bezeichnet, die die Automobilindustrie je erlebt hat”. 

SSBs werden das, was für Hochleistungs‑ und Premiumfahrzeuge möglich ist, neu definieren, wobei die Demonstration nur der Anfang sei, fügte er hinzu.

QuantumScapes Fahrplan vom Prototyp zur Produktion

Da herkömmliche Lithium‑Ion‑Batterien die Grenzen ihrer möglichen Energiedichte und Sicherheit erreichen, während tragbare Elektronik, Elektrofahrzeuge und erneuerbare Energienetze immer weiter verbreitet und anspruchsvoller werden, hat QuantumScape auf Festkörperbatterien gesetzt, um höhere Energiedichte, schnelleres Laden und verbesserte Sicherheit zu bieten, um den Übergang zu einer kohlenstoffärmeren Zukunft zu unterstützen.

Derzeit führt es das globale Rennen um die Entwicklung von Festkörperbatterien an und ist bereit, seine vollwertigen Festkörperzellen in naher Zukunft in großem Maßstab auf den EV‑Markt zu bringen.

Die kürzliche Demonstration seiner Technologie hat die Aktienkurse des Unternehmens mit einer Marktkapitalisierung von 5 Milliarden $ in die Höhe schnellen lassen. Zum Zeitpunkt dieses Schreibens wird QS bei 8,85 $, ein beeindruckender Anstieg von 70,52 % im Jahresverlauf, gehandelt, liegt jedoch noch weit unter seinem Allzeithoch (ATH) von 132,73 $ Ende 2020.

Was die finanzielle Aussicht betrifft, meldete das Unternehmen im zweiten Quartal 2025 Kapitalausgaben von 8,3 Millionen $, die hauptsächlich den Erwerb von Anlagen und Ausrüstungen unterstützten, da QuantumScape sich auf die Produktion von QSE-5 B1‑Muster in größerem Volumen vorbereitete.

Seine GAAP‑Betriebskosten betrugen 123,6 Millionen $, der GAAP‑Nettoverlust lag bei 114,7 Millionen $, und der bereinigte EBITDA‑Verlust betrug 63 Millionen $.

Das Unternehmen beendete das Quartal mit einer Liquidität von 797,5 Millionen $ und verlängerte seine Prognose für die Geldreserve bis 2029.

QuantumScape plant tatsächlich, in Kürze seine Musterzellen zum Testen zu versenden, wobei die kommerzielle Produktion in den nächsten ein bis zwei Jahren beginnen soll, abhängig von der Skalierung der Fertigung und regulatorischen Genehmigungen.

Die B‑Musterzelle namens QSE-5 ist das erste geplante kommerzielle Produkt von QuantumScape, das entwickelt wurde, um den Bedarf des EV‑Sektors an Batterien zu decken, die in fünf entscheidenden Leistungskennzahlen herausragend sein müssen: Kosten‑effizienz, Energiedichte, Ladegeschwindigkeit, Sicherheit und Lebensdauer.

Die Innovation liegt im anodenlosen Zellendesign, das die Fertigung vereinfacht und die Materialkosten senkt, während es eine hohe Energiedichte liefert. In Kombination mit fortschrittlichen Separatoren verschafft das Design QuantumScape Vorteile in Sicherheit und Effizienz. 

Es hat den organischen Separator durch einen nicht brennbaren und nicht entflammbaren Festkörperseparator ersetzt, der mehr Sicherheit bietet. Gleichzeitig erhöht das Weglassen des Graphit‑/Silizium‑Anodenmaterials die volumetrische und gravimetrische Energiedichte.

QuantumScape behauptet, dass seine QS‑Technologie eine Energiedichte von 844 Wh/L und eine kontinuierliche Entladung von 10C aufweist. Außerdem benötigt die Lithium‑Metall‑Festkörperbatterie etwas mehr als 12 Minuten (12,2 min), um von 10 % auf 80 % zu laden.

Wenn die Technologie erfolgreich skaliert wird, könnte sie zum Standard für nächste Generation von EVs sowie andere Energiespeicherlösungen werden. Die Weltpremiere der Technologie in diesem Monat stellt einen großen Meilenstein auf dem Weg zu diesem Ziel dar, der nach einer Reihe von Erfolgen folgt.

Skalierung von QSE-5: Von Pilotlinien zur GWh‑Fertigung

Um QSE-5 so schnell wie möglich in reale EVs zu bringen, arbeiten QuantumScape und PowerCo nun seit drei Jahren zusammen. Die Partnerschaft kombiniert das Talent von QuantumScape mit der Fertigungsexpertise von PowerCo.

Vor einigen Monaten haben die beiden ihre strategische Partnerschaft erweitert, um die Entwicklung der QSE-5‑Batterie zu beschleunigen, die derzeit auf QuantumScapes Pilotlinie in San Jose hergestellt wird, was einen bedeutenden Fortschritt in der Industrialisierung der SSB‑Technologie darstellt.

Dies war das Ergebnis einer Vereinbarung, die die beiden im vergangenen Jahr getroffen haben, bei der QuantumScape PowerCo eine nicht‑exklusive Lizenz zur Massenproduktion der Festkörpertechnologie gewährte. 

Sie ermöglicht es PowerCo, jährlich bis zu 5 GWh an QSE-5‑basierten Zellen zu produzieren, zusätzlich zu den zuvor vereinbarten 40 GWh, mit der Option, auf bis zu 80 GWh zu erweitern, auch für Kunden außerhalb der VW‑Gruppe. Die erweiterte Kapazität soll laut Berichten ausreichen, um etwa eine Million EVs pro Jahr mit Festkörpertechnologie auszustatten. Die Vereinbarung gewährt zudem das Recht, bestimmte zukünftige QS‑Technologien zu lizenzieren.

Infolgedessen wird PowerCo in den nächsten zwei Jahren zusätzlich 131 Millionen $ bereitstellen, um QuantumScape die Priorisierung von QSE-5‑Zellen zu ermöglichen. Das Kapital wird QS dabei unterstützen, seine Fertigung zu skalieren und höhere Stückzahlen von Prototypzellen an das Batterieunternehmen zu liefern.

QS stellte im Dezember 2022 erstmals seine 24‑schichtigen Festkörperzellen der Volkswagen Gruppe zum Testen zur Verfügung. Im folgenden Jahr berichtete das Unternehmen, die Leistungsziele während der Tests übertroffen zu haben. Anfang letzten Jahres führte PowerCo eigene Belastungstests an QS‑Zellen durch und meldete „sehr ermutigende Ergebnisse“.

Der Batteriezweig der Volkswagen Gruppe bestätigte, dass die Festkörperbatteriezellen von QS über 1.000 Ladezyklen mit mehr als 95 % Kapazitätsbeibehaltung erreicht haben.

Die Tests wurden in den PowerCo‑Batterielabors in Salzgitter, Deutschland, durchgeführt. Sie zeigten, dass ein Elektroauto mit einer WLTP‑Reichweite von 500‑600 km (311‑373 Meilen), ausgestattet mit QS‑Zellen, etwa 500.000 Kilometer (mehr als 310.000 Meilen) fahren kann, ohne an Reichweite zu verlieren.

Mit diesen beeindruckenden Ergebnissen strebt Volkswagen an, „ein globaler Technologietreiber in der Automobilindustrie“ zu werden, doch es liegt noch ein langer Weg vor ihnen, bevor sie eine marktfähige Lösung kommerzialisieren können.

Das erste bei der IAA Mobility vorgestellte Elektro‑Motorrad wurde umfangreich modifiziert, wobei das Batteriesystem speziell auf die Bedürfnisse der Festkörperbatterien zugeschnitten wurde, sodass die Ducati mit bis zu 980 QSE-5‑Zellen ausgestattet werden kann.

Dennoch ist Volkswagen entschlossen, dies durchzuziehen, und wird „den nächsten Schritt zur Serienproduktion“ gehen, sagte Thomas Schmall, Vorstandsmitglied für Technologie. Da das einheitliche Zellkonzept von Volkswagen bereits für QS‑Zellen geeignet ist, liegt der Fokus nun auf der Verfeinerung und Skalierung der Fertigungsprozesse.

Schmall bemerkte, dass sie mit ihrer neuen internen einheitlichen Zelle „die perfekte Kombination“ geschaffen haben, da sie „festkörperbereit“ ist und einen schnellen Technologietransfer zu den Fahrzeugen des Unternehmens ermöglicht, sobald die Festkörperbatterie bereit ist.

Bereit, ihr Debüt in kommenden kleinen Elektroautos von VW, Cupra und Skoda zu geben, weist die einheitliche Zelle eine Energiedichte von etwa 660 Wh/l auf und ein völlig neues Design, bei dem die Zellen direkt im Pack installiert werden.

Auf der Veranstaltung sagte Volkswagen, dass die einheitliche Zelle künftig in bis zu 80 % seiner eigenen EVs eingesetzt werden soll. Während der Zelltyp gleich bleibt, kann die Zellchemie variieren, sodass sie „mit verschiedenen Zellchemien von LFP und Natrium‑Ion bis hin zu NMC und Festkörper“ ausgestattet werden kann. 

PowerCo und QuantumScape arbeiten derzeit daran, die Festkörpertechnologie in die Einzelzelle und damit ins Auto zu integrieren. Gleichzeitig wird ein rennbereites Motorrad für Tests auf der Rennstrecke entwickelt. 

Das globale Rennen um Durchbrüche bei SSBs

Volkswagen macht eindeutig große Fortschritte bei der Führung der Festkörperbatterietechnologie, aber es ist nicht allein in diesem Vorhaben. Diese Woche hat Mercedes‑Benz ebenfalls eigene Rekorde angekündigt.

Ein „leicht modifizierter“ Mercedes EQS, ausgestattet mit einer Festkörperbatterie, legte mit einer einzigen Ladung eine Strecke von 1.205 km (748,7 Meilen) zurück. Nach der Fahrt von Stuttgart, Deutschland, nach Malmö, Schweden, hatte er noch 137 km (85,12 Meilen) Reichweite übrig. 

Dieser neue Rekord übertraf den vorherigen, der von der Vision EQXX um drei Kilometer gestellt wurde. Die Straßentests sind Teil des umfassenden Validierungsprogramms des Unternehmens für Festkörperbatterietechnologie unter realen Bedingungen auf öffentlichen Straßen.

“Die Festkörperbatterie ist ein echter Wendepunkt für die elektrische Mobilität. Mit der erfolgreichen Langstreckenfahrt des EQS zeigen wir, dass diese Technologie nicht nur im Labor, sondern auch auf der Straße liefert. Unser Ziel ist es, Innovationen wie diese bis zum Ende des Jahrzehnts in die Serienproduktion zu überführen und unseren Kunden ein neues Niveau an Reichweite und Komfort zu bieten.”

– Markus Schäfer, Mitglied des Vorstands der Mercedes‑Benz Group AG, Chief Technology Officer, Entwicklung & Beschaffung

Für seine Batterie stellte Factorial Energy (FAC ) dem Unternehmen Lithium‑Metall‑Zellen zur Verfügung, die auf der Factorial Electrolyte System Technology basieren.
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Das von Porsche mitbesessene kroatische Unternehmen Rimac ist ein weiteres Beispiel, das zeigt, dass SSBs die Leistung steigern, das Gewicht reduzieren und die Reichweitenprobleme aktueller Batterien lösen können. Die neue Batterie wird in Zusammenarbeit mit der Mitsubishi Chemical Group und ProLogium entwickelt.

Auf der IAA Mobility 2025 in München präsentiert, behauptet Rimac, dass seine Pouch‑Cell‑SSB eine Leistungsdichte von 1.000 W pro Pfund, ein Gewicht von 847 Pfund hat und über 95 % ihrer Energie bei -20 °C (-7 °F) behält.

Unter anderem, die an der Weiterentwicklung der Technologie arbeiten, ist Toyota (TM ), das 2020 erstmals das weltweit erste Prototyp‑EV präsentierte, das mit SSB betrieben wurde, und nur ein paar Jahre später mitteilte, dass ein Toyota‑Hybrid eher eine SSB erhalten wird als ein EV.

Die weltweit meistverkaufte Automarke plant tatsächlich, die Massenproduktion ihrer ersten Festkörperbatterie ab 2027‑2028 zu starten. Toyota behauptet, dass seine Festkörperbatterie eine 20 %ige Steigerung der Reichweite beim Cruisen liefert und von 10‑80 % in weniger als 10 Minuten geladen werden kann.

Dann gibt es Honda (HMC ), dessen Pilotproduktionslinie für Festkörperbatterien bereits in Betrieb ist. In Sakura, Japan, hat der Automobilhersteller etwa 43 Milliarden ¥ (etwa 290 Millionen $) in die Anlage investiert, um die Entwicklung von EV‑Batterien der nächsten Generation zu unterstützen.

Seinen Angaben zufolge könnten die Festkörperzellen von Honda potenziell 25 % günstiger, 35 % leichter und 50 % kleiner als aktuelle Lithium‑Ion‑Batterien sein. Der japanische Automobilhersteller plant, die Massenproduktion von All‑Solid‑State‑Batterien (ASSB) in der zweiten Hälfte dieses Jahrzehnts zu starten.

Der mit 46,8 Mrd. $ bewertete Ford (F ) ist ein weiterer Automobilhersteller, der aktiv Festkörperbatterien entwickelt. Für seine SSB‑Initiativen hat Ford eine Partnerschaft mit dem Startup Solid Power eingegangen.

Das Unternehmen investierte erstmals 2019 in Solid Power, bevor es 2021 eine zusätzliche Eigenkapitalinvestition tätigte, um die Technologieentwicklung zu beschleunigen. In dieser Investitionsrunde beteiligte sich auch die BMW Group und wurde zusammen mit Ford gleichberechtigter Eigentümer.

“Festkörperbatterien zeigen großes Potenzial”, bemerkte der Automobilhersteller damals und fügte hinzu: “Sie können auch auf den heutigen Lithium‑Ion‑Produktionslinien hergestellt werden, wodurch Ford etwa 70 % seiner Kapitalinvestitionen in Lithium‑Ion‑Produktionslinien wiederverwenden kann.”

Der Ford‑EV‑Partner SK On erforscht die Technologie ebenfalls zusammen mit mehreren koreanischen Universitäten und Institutionen. Er entwickelt zwei Arten von ASSBs, eine mit einer Polymer‑Oxid‑Verbundstoff und die andere sulfidbasiert, wobei die kommerziellen Prototypen voraussichtlich erst 2027 bzw. 2029 erwartet werden.

Das chinesische Technologieunternehmen Huawei meldete hingegen einen Durchbruch, der auf einer stickstoffdotierten Sulfid‑SSB basiert. Sie kann Energiedichten zwischen 400 und 500 Wh/kg erreichen, was zwei- bis dreimal mehr ist als bei herkömmlichen Lithium‑Ion‑EV‑Batterien.

Die Festkörper‑EV‑Batterie von Huawei verspricht eine Reichweite von bis zu 3.000 Kilometern (1.864 Meilen) mit einer einzigen Ladung. Darüber hinaus hat sie die Fähigkeit, innerhalb von fünf Minuten vollständig aufgeladen zu werden.

Abschließende Gedanken

Festkörperbatterien (SSBs) versprechen, die Art und Weise zu revolutionieren, wie wir Elektrofahrzeuge (EVs), Unterhaltungselektronik und erneuerbare Energiesysteme mit Strom versorgen. Mit ihrer höheren Energiedichte, schnelleren Ladegeschwindigkeiten, überlegenen Sicherheitsprofil und längeren Lebensdauer stellen sie einen idealen Nachfolger der Lithium‑Ion‑Technologie dar. 

Doch trotz Milliarden von Dollar an Investitionen von Branchengiganten bleiben erhebliche Hürden bestehen. Von der Kostensenkung über die Skalierung der Fertigung bis hin zur Sicherstellung langfristiger Zuverlässigkeit im Straßenverkehr bestehen weiterhin Herausforderungen. Deshalb befinden sich Festkörperzellen nach wie vor größtenteils in der Entwicklungsphase und erfordern umfangreiche Tests und Validierungen, bevor sie in großem Maßstab in der realen Welt eingesetzt werden können.

Neueste Fortschritte zeichnen jedoch ein vielversprechendes Bild. Die Live‑Demonstrationen von QuantumScape, die Belastungstests von PowerCo und die rekordverdächtigen Langstreckenfahrten von Mercedes‑Benz signalisieren, dass die Branche endlich näher daran ist, diese Barrieren zu überwinden.

Während Partnerschaften wachsen, Pilotproduktionslinien expandieren und innovative Designs weiterhin entstehen, scheinen Festkörperbatterien bereit zu sein, in diesem Jahrzehnt zum Mainstream zu werden und eine neue Ära der elektrischen Mobilität und nachhaltigen Energiesysteme zu eröffnen.

Klicken Sie hier für eine Liste der Top-Festkörperbatterie-Aktien, die Sie beobachten sollten.

Referenzen:

1. Shang, R., Nelson, T., Nguyen, T. V., Nelson, C., Antony, H., Abaoag, B., Ozkan, M., & Ozkan, C. S. (2025). Eine umfassende Übersicht über Festkörper‑Lithiumbatterien: Schnellladeeigenschaften und in‑operando‑Diagnostik. Journal of Power Sources, (Version of Record), veröffentlicht am 12. Juni 2025. Eingereicht am 26. Februar 2025; überarbeitet am 21. April 2025; akzeptiert am 9. Juni 2025. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2025.235056