Der Donut im Labor, Teil 2 100 °C: Hochtemperaturtest einer „Solid-State“-Batterie

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Nachdem in der vergangenen Woche die Batterie von Donut Lab unter verschiedenen Entladeraten vermessen wurde, liegen nun erstmals unabhängige Hochtemperaturdaten vor. Ein Prüfbericht des VTT Technical Research Centre of Finland dokumentiert Entladetests bei 80 °C und 100 °C.

Ein unabhängiger Prüfbericht des VTT Technical Research Centre of Finland liefert erstmals strukturierte Messdaten zur Hochtemperatur-Performance der „Donut Lab Solid-State Battery V1“ Untersucht wurde dieses Mal die Entladefähigkeit der Pouch-Zelle bei 80 °C und 100 °C unter kontrollierten Laborbedingungen. Die Ergebnisse sind technisch bemerkenswert – zugleich bleiben zentrale Fragen offen.

Testdesign und Ausgangslage

Zu Beginn wurde die Zelle bei 20 °C charakterisiert. Die gemessene Anfangskapazität betrug 24,9 Ah und lag damit leicht unter der angegebenen Nennkapazität von 26 Ah. Geladen wurde im CC-CV-Verfahren bis 4,15 V, die Entladeschlussspannung lag bei 2,7 V.

Im Anschluss folgten Hochtemperaturtests. Bei 80 °C wurde mit 24 A entladen, bei 100 °C mit 12 A. Bezogen auf die Nennkapazität entspricht dies jeweils etwa 1C. Geladen wurde nach jeder Hochtemperatur-Entladung wieder bei 20 °C. Damit wurde die Zelle bei 100 °C tatsächlich mit 1C belastet. Ein Detail, das in der aktuellen Diskussion eine zentrale Rolle spielt.

Messergebnisse bei 80 °C

Bei 80 °C erreichte die Zelle eine Entladekapazität von 27,48 Ah. Das entspricht rund 110,5 % der Referenzkapazität bei Raumtemperatur. Eine solche Steigerung ist aus elektrochemischer Sicht nicht ungewöhnlich: Mit steigender Temperatur nehmen Ionenleitfähigkeit und Reaktionskinetik zu, der Innenwiderstand sinkt. Visuelle Veränderungen wurden nach diesem Test nicht festgestellt.

Verhalten bei 100 °C

Auch bei 100 °C zeigte die Zelle eine funktionale Entladung. Mit 27,61 Ah wurden 107,1 % der Referenzkapazität erreicht. Entscheidend ist jedoch eine mechanische Beobachtung: Nach der Entladung hatte der Zellpouch sein Vakuum verloren.

Die Zelle ließ sich anschließend dennoch wieder normal laden. Das spricht gegen einen unmittelbaren Totalausfall, deutet aber auf strukturelle oder chemische Veränderungen hin, etwa Gasbildung oder Materialexpansion. Für Anwendungen mit hohen Anforderungen an mechanische Integrität ist das ein relevanter Punkt.

Auffällig ist außerdem, dass keine Entladung bei Raumtemperatur nach der 100-°C-Belastung dokumentiert wurde. Damit bleibt offen, ob es zu einer irreversiblen Degradation kam oder ob die Zelle ihre ursprüngliche Leistungsfähigkeit vollständig beibehielt.

Ist das noch Lithium-Ionen-Technologie?

In der Branche werden die Daten kontrovers diskutiert. Viele Beobachter bewerten die 100-°C-Entladung kritisch, weil klassische Lithium-Ionen-Systeme mit organischem Elektrolyten bei solchen Temperaturen typischerweise deutliche Alterung, Gasbildung oder sicherheitskritische Effekte zeigen.

Dass die Zelle bei 100 °C mit 1C entladen werden konnte und anschließend weiter funktionierte, spricht zumindest gegen ein konventionelles Li-Ion-System mit flüssigem Standardelektrolyten. Die thermische Stabilität deutet eher auf eine alternative Chemie oder eine hybride Architektur hin.

Eine mögliche Erklärung wäre eine Sodium-Ion-Technologie. Natrium-Systeme gelten als thermisch robuster und weniger anfällig für exotherme Kettenreaktionen. Allerdings erreichen aktuelle kommerzielle Sodium-Ion-Zellen in der Regel deutlich geringere gravimetrische Leistungs- und Energiedichten.

Hier entsteht ein Spannungsfeld: Öffentlich diskutierte Leistungswerte im Bereich von 400 W/kg lägen etwa doppelt so hoch wie bei den leistungsstärksten bekannten Sodium-Ion-Zellen. Bisher existiert jedoch kein unabhängiger Test, bei dem die Zelle gewogen wurde, um diese Kennzahl zu verifizieren. Ohne Massenangabe bleibt die Leistungsdichte spekulativ.

Kombination verschiedener Technologien?

Theoretisch ließen sich hohe Temperaturstabilität und hohe Leistungsdichte durch hybride Konzepte erreichen – etwa durch die Kombination temperaturstabiler Elektrolyte mit hochleistungsfähigen Elektrodenmaterialien oder durch partielle Festelektrolyt-Strukturen. Auch keramische Komponenten oder spezielle Separatorarchitekturen könnten zu einer verbesserten Hochtemperaturperformance beitragen.

Ob die vorliegenden Daten auf eine solche Architektur hindeuten, lässt sich aus dem Testbericht allein jedoch nicht ableiten. Der Bericht prüft die Performance, nicht die Materialchemie.

Was bisher nicht gezeigt wurde

Der Test dokumentiert eine kurzfristige Hochtemperatur-Entladung, jedoch keine Langzeit-Zyklisierung bei 80 oder 100 °C. Ebenso fehlen Aussagen zur Alterung, zur Impedanzentwicklung oder zur Energiedichte pro Kilogramm. Sicherheitsprüfungen oder mechanische Dauerbelastungstests wurden ebenfalls nicht berichtet.

Besonders relevant wäre eine Entladung bei Raumtemperatur nach der 100-°C-Belastung gewesen, um irreversible Effekte quantifizieren zu können. Diese Daten liegen bislang nicht vor.

Ausblick: Tieftemperaturtest angekündigt

Für kommenden Montag ist ein weiterer Test angekündigt, vermutlich wird dieser die Batterie bei −30 °C zeigen. Gerade dieser Temperaturbereich ist für viele alternative Chemien kritisch, da die Ionenleitfähigkeit stark abnimmt. Sollte die Zelle auch dort stabil performen, würde das die technologische Einordnung erheblich beeinflussen. (mr)

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