Sind Stromer bald leichter als herkömmliche Fossil-Autos?

Das könnte der Fall sein, wenn es gelingt, Labor-Ergebnisse von Karlsruher und Ulmer Forschern marktfähig zu machen. Den Wissenschaftlern ist es gelungen, einen Rekord in Sachen Energiedichte aufzustellen. Die neuartige Batterie liefert pro Kilogramm Gewicht 560 Wattstunden.

Forschungsleiter Stefano Passerini mit Postdoktorantin Yanjiao Ma im Labor
Neue Materialien ermöglichen größere Speicherfähigkeit
(Foto: KIT)

Der Akku aus Baden-Württemberg lädt damit pro Kilogramm mehr als das Dreifache der Energie herkömmlicher Antriebsbatterien. Die Teams des Karlsruher Instituts für Technologie und des Helmholtz-Instituts Ulm haben dazu die Lithium-Metall-Technik weiter entwickelt. Lithium-Metall-Akkus zeichnen sich im Vergleich zu den heute gängigen Lithium-Ionen-Batterien durch eine hohe Energiedichte aus, Sie gelten aber als instabil, weil die Materialien der Elektroden mit gewöhnlichen Elektrolytsystemen reagieren. Die Forscher verwendeten deshalb eine kobaltarme, nickelreiche Schichtkathode, die eine hohe hohe Energiedichte bietet.

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Neue Materialien

Der übliche, kommerziell erhältliche, organische Elektrolyt bietet, wie erwähnt, nur wenig Stabilität. Die Speicherkapazität sinkt mit der Anzahl der Ladezyklen. Der Grund: Mit dem herkömmlichen, sogenannten LP30-Elektrolyten entstehen Partikelrisse an der Kathode. Stefano Passerini, Direktor des HIU und Leiter der Forschungsgruppe Elektrochemie der Batterien erläutert dazu: “Innerhalb dieser Risse reagiert der Elektrolyt und zerstört die Struktur. Zudem bildet sich eine dicke moosartige lithiumhaltige Schicht auf der Kathode.“ Die Forscherteams setzten deshalb stattdessen einen schwerflüchtigen, nicht entflammbaren ionischen Flüssigelektrolyten ein. Damit ließen sich, so Passerini, die Strukturveränderungen an der nickelreichen Kathode wesentlich eindämmen.

Die Kapazität der Batterie bleibt bei über 1000 Ladezyklen zu 88 Prozent erhalten. Auch die sogenannte Coulomb-Effizienz, die das Verhältnis zwischen entnommener und zugeführter Kapazität angibt, ist außergewöhnlich hoch. Sie beträgt durchschnittlich 99,94 Prozent.

Gewichtsrabatt verschafft Vorsprung

Die Forschungsergebnisse könnten die Autoindustrie revolutionieren. Die heute in E-Autos verbauten Akkus weisen in der Regel eine Energiedichte zwischen 150 und 160 Watt pro Kilogramm auf. Für hundert Kilometer Reichweite benötigen Stromer zurzeit ungefähr 15 Kilowattstunden. Um 600 Kilometer weit fahren zu können, brauchen E-Autos heute folglich Akkus mit einem Gewicht von 900 Kilogramm. Die Laborentwicklungen in Karlsruhe und Ulm würden – nach industrieller Umsetzung – das Batteriegewicht für ein Auto mit 600 Kilometer Reichweite auf rund 250 Kilogramm verringern. Elektroautos verfügen jedoch im Vergleich zu Verbrennern über einen deutlich einen leichteren Antriebsstrang. Dieser Gewichtsrabatt beträgt je nach Modell bis zu 300 Kilogramm. Stromer wären mit der neuen Technik aus dem Ländle der Erfinder folglich deutlich leichter als Fossil-Autos.

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