Schwedische Forscher haben eine Batterie entwickelt, die eine tragende Funktion erfüllt. Die so genannten Strukturbatterien enthalten Kohlestofffasern, die gleichzeitig als Elektrode, Leiter und tragendes Material dienen. Bereits heute sind die Akkus um mehr als zwanzig Prozent leichter als vergleichbare Stromspeicher.
Die Idee, Batterien als stabilisierendes Element in Fahrzeuge oder andere Geräte einzubeziehen, ist nicht neu. Der erste Versuch wurde bereits 2007 unternommen. Doch es hat sich als schwierig erwiesen, Akkus sowohl mit guten elektro-chemischen wie mechanischen Qualitäten zu entwickeln. Doch nun haben Wissenschaftler der Technischen Hochschule Chalmers und der Königlichen Technischen Hochschule in Stockholm eine “masselose Batterie” präsentiert, deren dank ihrer Steifigkeit und Festigkeit und ihrer Speicherkapazität alle bisherigen Ergebnisse in den Schatten stellt.
Die Batterie liefert eine Energiedichte von 24 Wattstunden pro Kilogramm. Sie stellt damit ein Fünftel mehr Kapazität bereit als herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien. Mit einer Steifigkeit von 25 Giga-Pascal kann die Strukturbatterie mit vielen anderen Baumaterialien mithalten. “Frühere Versuche, strukturelle Batterien herzustellen, haben zu Zellen geführt, die entweder gute mechanische Eigenschaften oder gute elektrische Eigenschaften haben”, sagt Leif Asp, Professor bei Chalmers und Leiter des Projekts, “aber hier ist es uns gelungen, mit Hilfe von Kohlenstofffasern eine strukturelle Batterie zu entwerfen, die sowohl eine konkurrenzfähige Energiespeicherkapazität als auch Steifigkeit aufweist.”
Die neuen Zellen verfügen eine negative Elektrode aus Kohlefaser. Die positive Elektrode besteht aus einer mit Lithium-Eisenphosphat beschichteten Aluminiumfolie. Die Elektroden sind durch ein Glasfasergewebe in einer Elektrolytmatrix getrennt. Obwohl es den Forschern gelungen ist, eine strukturelle Batterie zu schaffen, die zehnmal besser ist als alle bisherigen, hatten sie die Materialien nicht gewählt, um Rekorde zu brechen. Sie wollten vielmehr die Auswirkungen der Material-Architektur und der Separatordicke untersuchen.
Einbau in Autos und Flugzeugen denkbar
Jetzt wollen Asp und seine Mannschaft in einem neuen Projekt die Leistung der “masselosen” Batterie noch weiter steigern. Asp kann sich vorstellen, Batterien mit einer Energiedichte von 75 Wattstunden pro Kilogramm zu entwickeln mit einer Steifigkeit von 75 Giga-Pascal. Damit wäre die Batterie so stabil wie Aluminium bei deutlich geringerem Gewicht.
Der Einbau in Autos oder gar Flugzeuge ist zwar noch Zukunftsmusik. Asp schließt aber langfristig selbst die Verwendung in Elektroflugzeugen oder Satelliten nicht aus. Doch innerhalb weniger Jahre könnte es durchaus “möglich sein, Smartphones, Laptops oder Elektrofahrräder herzustellen, die nur halb so viel wiegen wie heute und viel kompakter sind.”
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