Ladung in Rekordzeit : Revolutioniert diese Lithium-Batterie die Elektromobilität?
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Ionen fließen von der Kathode zur Anode: Eine Computergrafik demonstriert die Schnellladung einer Lithium-Ionen-Batterie. Bild: dpa
Volle Leistungsfähigkeit nur auf kurzer Strecke und lange Ladezeiten: Die Nachteile des Elektroautos liegen auf der Hand. Forscher der University of Pennsylvania haben jetzt eine neue Lithium-Batterie entwickelt, die das ändern kann.
Eine Lithium-Ionen-Batterie, die sich innerhalb von nur zehn Minuten vollständig aufladen lässt und aufgrund ihrer großen Kapazität eine Reichweite von 360 Kilometern für Elektrofahrzeuge verspricht, haben Wissenschaftler von der Pennsylvania State University entwickelt. Bisherige Systeme erfordern eine Ladezeit von einer Stunde und mehr. Der Grund: Wird ein Akku zu schnell aufgeladen, entsteht übermäßige Hitze, was zum Brand führen kann.
Wie Chao-Yang Wang und seine Kollegen in der Zeitschrift „Joule“ berichten, ist die Grundlage der Leistungsfähigkeit ihrer Batterie eine neuartige Bauweise, insbesondere der Graphit-Anode. (Korrektur, red.: ...eine neuartige Bauweise, die insbesondere die Anode schont). Diese wurde mit einem dünnen Nickelfilm überzogen verhindern, dass sich darauf Lithium–Ionen während des Schnellladevorgangs und der damit üblicherweise verbundenen großen Hitzeentwicklung abscheiden – eine der häufigsten Ursachen für einen Kurzschluss. (Korrektur red.: Der Nickelfilm ist nur zu dem Zweck der Beheizung in die Akkuzelle eingebaut worden und diente nicht der Beschichtung der Anode, siehe Kasten).
Die Batterie der Forscher erwies sich beim schnellen Aufladen als äußerst robust. Die sich dabei entwickelnde Hitze betrug 60 Grad. Das änderte sich auch nicht nach einem Dauertest von 1700 Lade-Entlade-Zyklen. Ein normaler Lithium-Ionen-Akku ohne Nickelheizung überhitzte sich bereits nach 60 Schnellladezyklen. Die neuartige Batterie benötigt nun kein aufwendiges Kühlsystem mehr, die ein Überhitzen der Batteriezellen verhindert. Nun wollen die Forscher um Wang einen Schritt in der Entwicklung weiter gehen. Sie arbeiten bereits an einer Batterie, die bereits nach fünf Minuten voll aufgeladen ist.
Korrektur
Den Forschern um Chao-Yang Wang von der von der Pennsylvania State University ist es gelungen, durch eine geschickte Temperaturregelung, die Ladezeit einer Lithium-Ionen-Batterie auf zehn Minuten zu verkürzen. Beim Ladevorgang wird der Akku für kurze Zeit auf 60 Grad erhitzt. Und beim Entladen, also im Betrieb, wieder abgekühlt.
Als Heizung dient ein eingebautes Nickelfilament. Auf diese Weise wird verhindert, dass es beim schnellen Aufladen zu unerwünschten chemischen Reaktionen kommt, bei der sich eine unerwünschte Lithium-Schicht auf der Anode bildet. Das Nickelfilament ist also keine Schutzschicht für die Graphitanode. Der Akku erreicht beim Schnellladen 80 Prozent seiner Kapazität. Damit könnten E-Fahrzeuge etwa 360 Kilometer (200 Meilen) weit fahren, so die Forscher um Chao-Yang Wang in einer Pressemitteilung der Universität. mli
