- Toyota entwickelt eine Festkörperbatterie für E-Autos mit dem Ziel von 745 Meilen (ca. 1.200 km) Reichweite und 10 Minuten Ladezeit; falls das gelingt, könnte sie die Ladebelastung bei Langstrecken-EVs deutlich reduzieren
- Da sie statt flüssiger oder pastenartiger Elektrolyte einen festen Elektrolyten nutzt, kann sie bei gleicher Größe mehr Strom speichern und gilt deshalb als vielversprechender Batteriekandidat für Elektroautos
- Festkörperbatterien haben weiterhin Grenzen wie Leistung bei kaltem Wetter, Degradation nach wiederholten Lade- und Entladezyklen sowie hohe Kosten; Toyota verweist jedoch darauf, möglicherweise die Probleme bei Reichweite und Batteriegewicht gelöst zu haben
- Der erste Einsatz dürfte nicht in einem reinen Elektroauto erfolgen, sondern in Hybridfahrzeugen; als Zeitpunkt für die Verkaufsreife nennt Toyota 2027 oder 2028
- Verglichen mit den 103 Meilen des elektrischen RAV4 von 2012 bis 2014 und den rund 250 Meilen des bZ4x könnte diese Festkörperbatterie ein Wendepunkt für Toyotas Elektrifizierungsstrategie sein
Was die 745-Meilen-Festkörperbatterie verändern soll
- Toyota soll, eher still im Forschungs- und Entwicklungsbereich als über große PR, an einem Durchbruch bei EV-Batterien gearbeitet haben
- Die in Entwicklung befindliche Festkörperbatterie zielt auf 745 Meilen Reichweite und 10 Minuten Ladezeit ab
- Nach metrischem Maßstab entspricht das etwa 1.200 km Reichweite
- Die Ladezeit wird mit 10 Minuten angegeben
- Wenn diese Werte erreicht werden, könnten auch massenproduzierte EVs eine Langstreckentauglichkeit erreichen, die Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor und Kraftstofftank nahekommt
- Erwartet wird, dass sich die Belastung durch häufige Ladestopps auf langen Familienreisen verringert
Vorteile von Festkörperbatterien und verbleibende Schwächen
- Festkörperbatterien speichern Ladung in einem festen Elektrolyten
- Andere gängige Batterien verwenden flüssige oder pastenartige Elektrolyte
- Derzeit werden Festkörperbatterien häufig in kleinen Geräten mit geringem Leistungsbedarf eingesetzt, etwa in Herzschrittmachern und RFID
- Wegen ihrer hohen Energiedichte können sie bei gleicher Größe mehr Strom speichern als andere Batterien und gelten daher als geeignete Kandidaten für Elektroautos
- Es gibt weiterhin Gründe, warum sie in Autos und größeren Consumer-Geräten bislang schwer breit einsetzbar waren
- Schwache Leistung bei kaltem Wetter
- Tendenz, nach wiederholtem Laden und Entladen schnell nachzulassen
- Besonders hohe Kosten
- Aufgrund dieser Einschränkungen konnten sie sich nicht allgemein in Laptops, Smartphones und Autos verbreiten
- Durch die Verbreitung von EVs ist Batterieforschung profitabler geworden als vor zehn Jahren, und Forscher konzentrieren sich darauf, die Schwächen von Festkörperbatterien zu beheben
- Toyota wird als erstes Unternehmen genannt, das erklärt hat, die Probleme bei Reichweite und Batteriegewicht möglicherweise gelöst zu haben
Verhältnis zur Wasserstoffauto-Strategie
- Toyota ist ein Unternehmen, das stärker als andere Autohersteller auf Wasserstoffautos gesetzt hat
- Der Toyota Mirai hat sich faktisch als Vorzeigemodell für Wasserstoffautos etabliert
- Er ist eher ein gewöhnliches Auto in Limousinenform
- Er wurde so gestaltet, dass er einen dem Camry ähnlichen Eindruck vermittelt
- Zwar steckt eine Wasserstoff-Brennstoffzelle in einem gewöhnlich wirkenden Auto, doch das größte Verkaufshindernis ist die Tankinfrastruktur
- Toyota hat kürzlich auch eine Wasserstoffversion des Crown angekündigt, die nur in Japan verkauft werden soll
- Auch im Bereich der Nutzlastwagen treibt Toyota die Nutzung von Wasserstoff stark voran
- Früher wirkte es so, als sehe Toyota in Wasserstoff einen größeren Vorteil als in Batterien; die Entwicklung von Festkörperbatterien deutet jedoch eher auf einen Ansatz hin, der Batterien und Wasserstoff gemeinsam verfolgt
- In der Werbung der Autohersteller für Wasserstoffautos taucht häufig die Botschaft auf, dass ein einzelner Kraftstoff die Energiekrise nicht lösen könne und Wasserstoff-Brennstoffzellen nur ein Teil des Puzzles seien
Toyotas vorsichtige EV-Vorgeschichte
- Dass Toyota im aktuellen Portfolio Batteriefahrzeuge vorsichtig eingeführt hat, hängt auch mit den Ergebnissen des früheren elektrischen RAV4 zusammen
- Der elektrische RAV4 wurde von 2012 bis 2014 verkauft und hatte eine Reichweite von 103 Meilen
- Schwerwiegende mechanische Defekte waren nicht das Kernproblem, doch die Reichweite wurde selbst für Pendelstrecken als knapp bewertet
- Toyota brachte anschließend 2022 den Crossover-SUV bZ4x auf den Markt
- Die Reichweite des bZ4x variiert je nach Ausstattungsvariante und liegt bei rund 250 Meilen
- Sie wird als vergleichbar mit vielen aktuellen EVs betrachtet
- Vor dem Hintergrund dieses vorsichtigen EV-Kurses wirkt es wie eine überraschende Veränderung, dass Toyota nun die Lösung des Batterie-Reichweitenproblems in den Vordergrund stellt
Markteinführung und Reihenfolge der Anwendung
- Toyota wird ein Langstrecken-BEV nicht sofort in die Produktion bringen
- Das erste Fahrzeug mit dieser Batterie dürfte kein reines Elektroauto sein, sondern ein Hybrid
- Toyota erklärt, dass diese Batterie 2027 oder 2028 verkaufsreif sein werde
- Der Start in Hybridfahrzeugen kann aus Zuverlässigkeitssicht als Puffer dienen
- Sollte die Batterie die Belastung des Alltagsbetriebs nicht aushalten, bleibt ein Verbrennungsmotor als Backup
- Selbst in diesem Fall könnte sie eine bessere Reichweite bieten als der elektrische RAV4 von 2012
- Toyota hat auch in der Vergangenheit neue Antriebsstränge in praktische Fahrzeuge eingebaut
- Der Prius war ein praktisches Pendlerfahrzeug, das Hybridfahrzeuge der breiten Öffentlichkeit näherbrachte
- Der Toyota Previa war ein Mittelmotorminivan, bei dem für einen Ölwechsel die Vordersitze ausgebaut und eine Bodenklappe geöffnet werden mussten
Bedeutung im EV-Wettbewerb
- Toyotas Versprechen zur Festkörperbatterie ist nach heutigen EV-Marktmaßstäben ein sehr starker Wert
- Zum Vergleich wird angeführt, dass auch Tesla noch kein Fahrzeug produziert hat, das die gleiche Reichweite wie ein Auto mit Reihenvierzylinder und vollem Kraftstofftank erreicht
- Hervorgehoben werden zugleich die Möglichkeit einer 10-Minuten-Ladung und einer Fahrt von Chicago nach Philadelphia ohne Zwischenladung
- Wenn Toyota die eigenen Versprechen einhält, könnte das Unternehmen in die Lage kommen, derzeit führende Unternehmen im EV-Markt zu überholen
1 Kommentare
Hacker-News-Kommentare
Für Batterien reicht es nicht, nur extrem leicht zu sein, aus häufigen Materialien zu bestehen oder 10.000 Zyklen durchzuhalten; sie müssen in vielerlei Hinsicht gut sein und bei den meisten Kriterien zumindest ordentlich abschneiden.
Wichtig sind zum Beispiel Kapazität pro Dollar, Kapazität pro kg, Kapazität pro Liter, Lade-/Entladegeschwindigkeit, Lade-/Entladeverluste, Brandrisiko, Verfügbarkeit von Materialien sowie Fertigungswerkzeugen und -technologien, Widerstand gegen mechanische Belastungen wie Vibrationen, Degradation pro Zyklus, Degradation bei Lagerung mit hohem/niedrigem Ladezustand, Leistungseinbußen bei hohen/niedrigen Temperaturen sowie die Recycelbarkeit am Lebensende.
Wenn auch nur einer dieser Punkte deutlich schlecht ausfällt, kann das als Kandidat für EV-Batterien schon das Aus bedeuten; wenn zum Beispiel nur die mechanische Haltbarkeit schlecht ist, taugt es vielleicht nicht fürs Auto, aber könnte für stationäre Speicher gut sein.
Schon wenn ein Laie ein paar Minuten darüber nachdenkt, kommt so eine Liste heraus; deshalb muss man sich klarmachen, wie gut sich heutige Lithium-basierte Systeme in so vielen Bereichen schlagen, wenn man über die Batterien der Zukunft nachdenkt.
Außerdem werden Punkte wie Lagerung bei niedrigem/hohem Ladezustand oder Verhalten bei hohen/niedrigen Temperaturen inzwischen vom BMS gesteuert, und Modelle ohne solche Funktionen sind ohnehin nicht mehr konkurrenzfähig. Die Energiedichte ist inzwischen hoch genug, dass man dafür einen Teil der Kapazität reservieren kann.
Die wichtigere Frage ist, ob es einen Prozess für die Fertigung im großen Maßstab gibt, und genau daran entscheidet sich am Ende Erfolg oder Scheitern neuer Batterietechnologien.
Wichtig ist auch, ob Luftzutritt nötig ist oder Gase abgeführt werden müssen. Auch wenn es nicht Wasserstoff ist, bringt das für sich schon diverse Probleme mit sich.
Man sollte ebenfalls prüfen, wie stark die Leistung leidet, wenn man wiederholt nur einen Teil des Lade-/Entladebereichs nutzt; das erinnert an den Memory-Effekt alter NiCad-Batterien.
Abfall, OSHA, Gefahrstoffe sowie Umwelt- und Sicherheitsfragen betreffen die gesamte Kette von der Rohstoffmine bis zur endgültigen Entsorgung. Dazu gehören auch Brände und Überschwemmungen in Anlagen mit vielen Batterien, Verkehrsunfälle oder Fälle, in denen so etwas in einer Scheune stehen gelassen wird.
Dass hier nicht „aktueller Preis“, sondern „wie gut lässt es sich beschaffen“ genannt wurde, gefällt mir, weil das die realen Probleme der Lieferkette viel umfassender abdeckt.
Ich erinnere mich auch an EEStor als früheren angeblichen Batterie-Durchbruch: https://en.m.wikipedia.org/wiki/EEStor
[0] https://www.forbes.com/sites/bertelschmitt/2017/07/25/ultraf...
Jetzt sind sechs Jahre vergangen; so groß wirkt die Verzögerung also nicht.
Toyotas Ignoranz gegenüber Elektroautos scheint am Ende auf ein Kodak- oder BlackBerry-artiges Schicksal hinauszulaufen.
Diese Durchbruchsbatterie ist nicht zwingend nötig, denn die heutigen Batterien funktionieren bereits gut. Ich bin heute 1200 km mit einem Tesla gefahren. Was man braucht, ist, Elektroautos zu entwickeln und zu verkaufen.
Toyota hatte das erste Hybridauto und war so gut, dass ich den Prius 10 Jahre gefahren bin. Plug-in-Hybride haben sie auch gebaut und waren damit vorne dabei, aber inzwischen wirken sie im EV-Wettbewerb fast wie Letzte, und das ist schade.
Außerdem wurde eine Tochter für autonomes Fahren gegründet, die rund 1000 Mitarbeiter hat [2].
Mit dem bZ3, dem bZ4x und dem Lexus RZ wurden auch Elektroautos auf den Markt gebracht.
Die Batterietechnologie ist derzeit für viele Menschen ein zentraler Grund, nicht auf Elektroautos umzusteigen. In meinem Umfeld sorgen sich Leute bei Langstreckenfahrten ständig um Ladezeiten und die Route entlang der Supercharger.
Wenn bei dieser langen Reichweite 10-Minuten-Laden möglich wäre, würden viele wohl leicht auf Elektroautos umsteigen.
Verbrenner schaffen auch nach dem Verkauf noch viele Einnahmequellen wie regelmäßige Ölwechsel, Bremsentausch oder Motorprobleme. Bei Elektroautos fällt ein großer Teil dieser dauerhaften Einnahmen weg, wodurch Toyotas langfristiger Wert stark sinkt.
Wasserstoffautos sind Verbrennern fast ähnlich. Vorn sitzt eine große, heiße und heikle Brennstoffzelle, die laufend hochwertige Wartung braucht, dazu kommt die komplexe Wasserstoff-Tankstelleninfrastruktur. Ohne Batterie verschleißen auch die Bremsen wieder wie vorgesehen. Abgesehen von CO2 liefern sie alles, was ein Verbrenner bietet.
Es überrascht nicht, dass Toyota diese Zukunft zu lange nur betrachtet hat; jetzt versucht das Unternehmen verspätet aufzuholen und liegt deutlich zurück.
Bei einem Großkonzern wie Toyota könnte es gut sein, dass Dutzende Modelle in der Pipeline sind.
Wenn angeblich bald ein 745-Meilen-Elektroauto kommt, wer möchte dann noch ein Elektroauto mit 300 Meilen Reichweite kaufen?
Vielleicht ist die maximale Entladerate dieser Batterie so niedrig, dass für die vom Elektromotor benötigte Spitzenleistung ein übergroßes Pack nötig ist.
Ich vertraue zwar auf Toyotas Fertigungsqualität, aber mein aktuelles Auto muss wahrscheinlich ersetzt werden, bevor Toyota ein erprobtes, in großen Stückzahlen produziertes dediziertes Elektroauto-Modell auf den Markt bringt. Ich habe schon zu lange gewartet.
Und auch schon 2014: https://www.autonews.com/article/20140127/OEM06/301279980/to...
Für Toyota sind zwei Kennzahlen entscheidend: Wie schnell sich jährliche Batteriefertigung in der Größenordnung mehrerer GWh hochfahren lässt und wie hoch die Kosten in $/kWh sind.
Toyota muss die Produktion von Millionen Verbrennern/Hybriden auf vollelektrische Fahrzeuge umstellen und braucht dafür Hunderte GWh Kapazität.
Toyota ist für massentaugliche, günstige Autos bekannt, und bei Elektroautos ist die Batterie mit Abstand das teuerste Bauteil. Statt glamouröser Festkörpertechnik wirken günstige Natrium-Ionen-Batterien plausibler.
Toyota ist spät am Markt, hat bislang nur ein paar Konzeptfahrzeuge und einige Modelle, deren Produktion an BYD ausgelagert wird. Investitionen in Produktionskapazitäten haben begonnen, aber sichtbare Ergebnisse dürften noch einige Jahre brauchen.
Asiatische Hersteller wie BYD, Nio und VinFast bauen bereits Millionen Elektroautos, und Tesla ist bei Profitabilität und Produktionskosten in eine eigene Kategorie vorgestoßen. Auch Stellantis, Ford und GM sind eingestiegen, zeigen aber, wie schwierig die Umstellung ist und wie viel Lernen und Neuerfinden sie erfordert.
Toyota braucht mehr als nur eine Wunderbatterie, um aufzuholen.
Ein Plug-in-Hybrid-Antriebsstrang in Trucks wie dem Tacoma oder 4Runner würde sich vermutlich enorm gut verkaufen.
Derzeit ist es realistisch nicht möglich, Elektroautos günstig in großen Mengen zu produzieren.
Als Deutscher frustriert mich, dass die deutsche Autoindustrie zu ängstlich, zu konservativ und zu langsam ist.
Allerdings ist der Satz weiter unten, dass „Toyota behauptet, 2027 oder 2028 verkaufsbereit zu sein“, doch etwas ernüchternd.
Es ist schwer zu glauben, dass Batterie und Elektromotor im selben Auto 16.000 Euro zusätzlich kosten sollen.
Man könnte die Nutzung von Ladegeräten in Wohnanlagen oder am Arbeitsplatz auch per Wochentags-Zugangsstickern oder ähnlichen Systemen aufteilen.
Dann müsste man auf Langstrecken nicht häufiger anhalten als mit einem Verbrenner und müsste sich auch weniger Sorgen machen, dass Kälte, Geschwindigkeit oder Höhenlage die Reichweite stark verringern.
Allerdings arbeiten auch deutsche Hersteller wie Mercedes-Benz mit Herstellern von Festkörperzellen zusammen: https://group.mercedes-benz.com/company/news/220127-prologiu...
Zum Vergleich: Die beiden neuen Reaktoren des Kernkraftwerks Vogtle leisten jeweils 1100 MW.
Ich frage mich, woher die Leute erwarten, dass diese Ladeleistung kommen soll.
Die Spitzenlast kommt nicht direkt aus dem Stromnetz. Das Problem ist, dass dieser Strom vergleichsweise teuer ist, und ein solches Verfahren ist eher die letzte Option.
Besser ist es, vor Ort eine große Batterie zu haben, die schnell Leistung bereitstellt und nahegelegene Solaranlagen oder günstigen Nachtstrom aufnimmt. Tatsächlich arbeiten viele Schnelllader bereits so.
Dass die Batterie größer wird, bedeutet nicht, dass die Leute mehr fahren oder mehr kWh verbrauchen. Es bedeutet, dass die Ladeabstände größer werden können und Schnelllader seltener genutzt werden.
Bei einer so großen Batterie werden die meisten Menschen diese Strecke an einem Tag nur selten fahren und sie daher fast nie leerfahren. Wenn das tatsächlich ein paarmal vorkommt, kann man eben eine Pause machen.
Schon bei Elektroautos mit kleineren Batterien verlassen sich die meisten eher auf langsames Laden über Nacht als auf Schnellladen. Mit einer Batterie dieser Größe könnte man möglicherweise ganz ohne Schnellladen auskommen.
Betrachtet man jedoch die gesamte Strommenge, ist das gar nicht so groß. Für mein Land habe ich die jährliche Fahrleistung von Fahrzeugen mit der durchschnittlichen Effizienz von Elektroautos in kWh umgerechnet, und das ergab etwa 11 % mehr Stromverbrauch.
In anderen Ländern kann das anders aussehen, und es wird mehr sowie saubererer Strom benötigt, aber ein Anstieg um 11 % ist kein unüberwindbares Problem.
Falls damit gemeint ist: „Wie bekommt man so viel Strom überhaupt an die jeweiligen Orte?“, dann gilt: Elektrische Züge nutzen solche Leistungen ganz alltäglich. Hunderte Straßenbahnen in unserer Stadt verbrauchen jeweils über 700 kW, und elektrische Lokomotiven liegen typischerweise bei etwa 5 MW. Das Stromnetz weiß bereits, wie man mit so etwas umgeht.
Man kann zwar einmal im Jahr eine Langstreckenreise machen, aber der durchschnittliche Fahrer fährt pro Tag nicht einmal 40 Meilen.
Das normale Laden über Nacht, das den Großteil des Stromverbrauchs von Elektroautos ausmacht, glättet die Nachfrage und ist für das Stromnetz eher von Vorteil. Wenn jemand Strom mit extrem geringer Auslastung um 2 Uhr morgens abnimmt, sinken die Grenzkosten pro kWh.
Abgesehen davon, dass Schnellladen etwas weniger effizient ist, bleibt der gesamte Stromverbrauch gleich wie beim langsamen Laden.
Schon heute führen einige Elektrobusse an Endhaltestellen Schnellladungen im Megawattbereich durch, während Fahrgäste in den wenigen Minuten aus- und einsteigen.
Bei ähnlicher Energiedichte liegen sie bei etwa 50 Euro pro kWh und sind damit günstiger als Lithium-Ionen mit über 100 Dollar oder LiFePO4 mit 130 Dollar.
Batterien der nächsten Generation von Wettbewerbern kommen bereits auf den Markt, und für nächstes Jahr wird eine neue Lithium-Ionen-Batterie mit doppelter Kapazität erwartet, die mit der von Toyota angekündigten Batterie vergleichbar ist. Es wirkt nicht besonders wahrscheinlich, dass CATL lügt.
Toyota redet seit 2017 darüber und hat noch nichts gezeigt, aber CATL hat die Technologie offengelegt.
Dieses Jahr scheint endlich das Jahr zu sein, in dem Versprechen neuer Batterietechnologien durch Massenproduktion Realität werden.
Es wird wohl nicht heißen, dass Toyota so überlegen ist, dass es sie nicht kümmert, wenn andere Firmen ihnen den Markt wegnehmen.