Der Donut im Labor: Teil 3 Das Drama in drei Akten (bisher)

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Ist es einfach nur geschicktes Marketing, oder verbirgt sich hinter der „Solid-State-Batterie“ von Donut Lab wirklich der Wunderakku? Nachdem nun der dritte Test veröffentlicht wurde, zeichnet sich immer mehr ab, dass es sich wohl einfach um eine gute, aber nicht herausragende Batterie handelt.

Mehrere Berichte des finnischen Forschungsinstituts VTT haben in den vergangenen Monaten Aufmerksamkeit in der Batteriebranche erregt. Getestet wurde eine Zelle, die vom Hersteller als „Donut Lab Solid-State Battery V1“ bezeichnet wird. Drei separate Berichte untersuchen unterschiedliche Aspekte: das Schnellladeverhalten, das Verhalten bei hohen Temperaturen sowie die Selbstentladung der Zelle. Betrachtet man diese Dokumente im Zusammenhang, ergibt sich ein differenzierteres Bild, als es einzelne Schlagzeilen vermuten lassen. Die Tests liefern durchaus interessante technische Daten, werfen aber zugleich Fragen zum Versuchsdesign, zur Interpretation der Ergebnisse und zur Einordnung der Technologie auf.

Drei Tests, drei unterschiedliche Kapazitäten

Bereits ein erster Blick auf die grundlegenden Messwerte zeigt leichte Inkonsistenzen zwischen den Berichten. Obwohl in allen Fällen eine Zelle derselben Generation untersucht wurde, weichen die gemessenen Kapazitäten voneinander ab. In den Lade- und Selbstentladungstests liegt die Kapazität bei rund 26 bis 26,5 Ah. Im Hochtemperaturtest hingegen wird eine Referenzkapazität von lediglich 24,9 Ah bestimmt.

Eine gewisse Streuung zwischen Einzelzellen ist in der Batterietechnik zwar nicht ungewöhnlich, doch bewegt sich der Unterschied hier in einer Größenordnung von etwa sechs Prozent. Auffällig ist zudem, dass alle drei Zellen laut Bericht äußerlich identisch sind und als dieselbe Zellversion bezeichnet werden. Ohne zusätzliche Informationen über Produktionschargen oder Fertigungsstreuungen bleibt unklar, ob es sich um normale Varianzen handelt oder ob unterschiedliche Prototypen getestet wurden.

Der Testplan stammt vom Hersteller

Ein weiterer Punkt betrifft die Rolle des Testinstituts selbst. In den Berichten wird mehrfach darauf hingewiesen, dass die Versuche „according to the customer’s test plan“ durchgeführt wurden.

Das bedeutet, dass VTT zwar Messungen durchgeführt und dokumentiert hat, die grundlegende Testmethodik jedoch vom Auftraggeber vorgegeben wurde. Solche Auftragsprüfungen sind in der Industrie üblich und müssen keineswegs problematisch sein. Sie unterscheiden sich jedoch von vollständig unabhängigen wissenschaftlichen Studien, bei denen das Institut selbst Versuchsdesign, Parameter und Bewertungsmaßstäbe festlegt. Im vorliegenden Fall wurde also genau das untersucht, was der Hersteller testen lassen wollte – und nicht unbedingt das gesamte Spektrum möglicher Zellcharakteristika.

„Solid-State“ bleibt bisher eine Herstellerangabe

Interessant ist auch die Formulierung, mit der die Zelltechnologie beschrieben wird. In den Berichten heißt es stets, dass die getestete Zelle vom Kunden als Festkörperbatterie identifiziert wurde.

Diese sprachliche Präzisierung ist typisch für Prüfinstitute, wenn sie eine Technologie nicht selbst verifizieren können oder sollen. Das Institut bestätigt damit nicht explizit, dass es sich tatsächlich um eine Festkörperzelle handelt. Vielmehr wird lediglich die vom Hersteller verwendete Bezeichnung übernommen. Eine Analyse des Elektrolyten oder der Zellchemie gehört offenbar nicht zum Umfang der Tests.

Schnellladung: beeindruckende C-Raten, aber mit Einschränkungen

Besonders Aufmerksamkeit erregt der Schnellladetest. Hier wurde die Zelle mit Stromraten von 5C und 11C geladen. Das entspricht Ladeleistungen von 130 beziehungsweise 286 Ampere.

Die gemessenen Ladezeiten erscheinen auf den ersten Blick spektakulär. Beim 5C-Test werden rund zwölf bis dreizehn Minuten bis zur vollständigen Ladung benötigt. Beim 11C-Test reduziert sich dieser Wert auf etwa sieben bis acht Minuten. Entscheidend ist jedoch das verwendete Ladeverfahren. Geladen wurde zunächst mit Konstantstrom bis zur maximalen Spannung von 4,3 Volt, anschließend folgte eine Konstantspannungsphase, bis eine Gesamtladung von 26 Ah erreicht war.

Diese CV-Phase ist in Lithiumbatterien üblich und dient dazu, die verbleibende Kapazität langsam in die Zelle zu drücken, während der Strom kontinuierlich abfällt. In den Diagrammen der Berichte ist deutlich zu sehen, dass ein erheblicher Teil der Ladung während dieser Phase erfolgt. Dadurch relativiert sich die Aussagekraft der hohen C-Raten etwas, denn ein Teil der Ladezeit entfällt auf die typische Nachladephase, die auch bei konventionellen Lithium-Ionen-Zellen auftritt.

Wärmeentwicklung bei extremen Ladeleistungen

Ein weiterer Aspekt der Schnellladeversuche betrifft die thermische Belastung der Zelle. Beim 5C-Test steigt die Oberflächentemperatur mit beidseitiger Kühlung auf etwa 47 °C. Wird die Kühlung reduziert, erreicht die Zelle bereits über 60 °C.

Beim 11C-Test werden noch deutlich höhere Temperaturen beobachtet. Mit guter Wärmeabfuhr steigt die Zelltemperatur auf rund 63 °C. Bei schlechterer Kühlung wurden sogar Temperaturen bis knapp unter 90 °C gemessen, sodass ein Test aus Sicherheitsgründen unterbrochen werden musste.

Diese Werte zeigen, dass die extrem hohen Ladeleistungen mit erheblichen Verlustleistungen verbunden sind. Für eine angebliche Festkörperbatterie ist das bemerkenswert, da diese Technologie häufig mit geringerer Wärmeentwicklung beworben wird. Gleichzeitig muss berücksichtigt werden, dass die Tests unter Laborbedingungen mit massiven Kühlkörpern durchgeführt wurden, die eine bessere Kühlung ermöglichen als viele reale Anwendungen.

Kapazitätsanstieg bei hohen Temperaturen

Der Hochtemperaturtest liefert ebenfalls interessante Ergebnisse. Hier wurde die Zelle zunächst bei Raumtemperatur vermessen und anschließend bei 80 °C sowie 100 °C entladen.

Bei 80 °C steigt die gemessene Kapazität auf etwa 27,5 Ah, was rund 110 Prozent der Referenzkapazität entspricht. Auch bei 100 °C bleibt die Kapazität mit rund 27,6 Ah deutlich über dem Ausgangswert.

Dieses Verhalten ist aus der Lithium-Ionen-Technologie bekannt. Höhere Temperaturen reduzieren den Innenwiderstand der Zelle und verbessern kurzfristig die elektrochemische Reaktionskinetik. Dadurch kann mehr Ladung entnommen werden, obwohl sich die langfristige Alterung meist beschleunigt. Der beobachtete Effekt passt somit gut zu klassischen Lithium-Systemen.

Mechanische Veränderungen nach 100-Grad-Test

Nach dem Test bei 100 °C stellten die Prüfer eine mechanische Veränderung der Zelle fest. Der Bericht dokumentiert, dass die Pouch-Verpackung ihr Vakuum verloren hatte.

Solche Effekte können auf Gasbildung im Zellinneren hinweisen, etwa durch Elektrolytzersetzung oder Nebenreaktionen an den Elektroden. Für flüssige Elektrolytsysteme ist dieses Verhalten grundsätzlich bekannt. Festkörperzellen hingegen verwenden in vielen Konzepten feste Elektrolyte und zeigen daher häufig ein anderes mechanisches Verhalten. Allein aus dieser Beobachtung lässt sich zwar keine endgültige Schlussfolgerung ziehen, sie wirft jedoch zusätzliche Fragen zur Zellchemie auf.

Fehlende Aussagen zur Lebensdauer

Auffällig ist zudem, dass keiner der Berichte Aussagen zur Zyklenlebensdauer der Zelle enthält. Gerade bei neuen Batteriekonzepten gilt die Langzeitstabilität als einer der wichtigsten Leistungsparameter.

Typische Untersuchungen umfassen mehrere hundert bis mehrere tausend Lade- und Entladezyklen. Solche Tests ermöglichen Aussagen über Alterung, Kapazitätsverlust und Innenwiderstandsentwicklung. In den vorliegenden Berichten fehlt eine solche Analyse vollständig. Damit bleibt offen, wie sich die Zelle über längere Zeiträume verhält.

Einzelzellen statt statistischer Untersuchung

Auch der Umfang der Stichprobe ist begrenzt. Jeder Bericht basiert auf einer einzelnen Zelle. Zwar wurden insgesamt drei Zellen untersucht, doch jeweils in separaten Versuchen und ohne statistische Auswertung.

In der industriellen Batterieentwicklung werden üblicherweise größere Stichproben getestet, um Produktionsstreuungen zu erfassen und robuste Aussagen über Zellperformance zu ermöglichen. Einzelzelltests liefern wertvolle Hinweise, erlauben jedoch nur eingeschränkte Rückschlüsse auf die Reproduzierbarkeit der Technologie.

Ein selektiver Blick auf die Zellperformance

Insgesamt zeigen die VTT-Berichte, dass die getestete Zelle mehrere interessante Eigenschaften besitzt. Sie erreicht Kapazitäten im Bereich von rund 26 Ah, kann sehr schnell geladen werden und funktioniert auch bei hohen Temperaturen noch zuverlässig. Gleichzeitig konzentrieren sich die Tests auf ein relativ enges Spektrum von Eigenschaften. Fragen zur Zellchemie, zur Energiedichte, zur Sicherheit oder zur Lebensdauer bleiben weitgehend unbeantwortet.

Das Drama in drei Akten – und vielleicht noch ohne Finale

Betrachtet man die drei VTT-Berichte zusammen, ergibt sich tatsächlich eine Dramaturgie, die fast an ein Bühnenstück erinnert. Im ersten Akt steht die Selbstentladung im Mittelpunkt: Die Zelle zeigt sich stabil, verliert über mehrere Tage nur wenig Spannung und gibt anschließend nahezu ihre gesamte Ladung wieder ab. Der zweite Akt bringt die spektakuläre Schnellladung. Mit C-Raten von 5C und sogar 11C werden Ladezeiten erreicht, die auf den ersten Blick beeindruckend wirken – auch wenn ein genauer Blick zeigt, dass ein Teil der Kapazität erst in der Konstantspannungsphase in die Zelle gedrückt wird und die Temperaturen dabei deutlich steigen. Im dritten Akt folgt schließlich der Hochtemperaturtest: Die Zelle liefert bei 80 und sogar 100 °C weiterhin Kapazität, doch gleichzeitig treten mechanische Veränderungen an der Pouch-Verpackung auf.

Damit zeichnen die drei Tests ein Bild aus einzelnen Szenen: Jede beleuchtet einen technischen Aspekt der Zelle und liefert reale Messwerte. Doch viele grundlegende Fragen bleiben offen. Fragen zur Zellchemie, zur Energiedichte, zur Sicherheit oder zur Lebensdauer bleiben weitgehend unbeantwortet. Auch die Einordnung als Festkörperbatterie wird in den Berichten nicht unabhängig bestätigt. Die Dokumente liefern somit wertvolle Datenpunkte, aber noch keinen endgültigen Beweis für eine neue Batterietechnologie.

Das Stück ist allerdings noch nicht zu Ende. Weitere Tests sind bereits angekündigt, das nächste Ergebnis soll schon am kommenden Montag folgen. Damit geht das Drama vermutlich in einen vierten Akt. Gleichzeitig stellt sich zunehmend die Frage, ob sich am Ende tatsächlich ein technologischer Durchbruch zeigt, oder ob die Geschichte vor allem von der Dynamik medialer Aufmerksamkeit lebt. (mr)

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