Hochenergie-Batterien: Der Traum vom perfekten Akku
Vor einiger Zeit untersuchten die Forscherinnen und Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) die strukturellen Veränderungen von Lithium-Ionen-Akkus während der Synthese. Dabei stießen sie auf vielversprechende Erkenntnisse, die dazu beitragen könnten, dass Autobatterien bis zu 30 Prozent mehr Kapazität bekommen. Warum das für die Elektroauto-Industrie eine wichtige Erkenntnis ist und welche weiteren Fortschritte es im Bereich der Hochenergie-Batterien gibt, verraten wir euch jetzt.
Neue Erkenntnisse über Degradationsprozess
Innerhalb der aktuellen Elektrobatterien finden Degradationsprozesse statt, die Energie freisetzen. Wie genau diese Prozesse funktionieren, war den Forscherinnen und Forschern lange Zeit ein Rätsel. Durch den Durchbruch der Karlsruher Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler ist jetzt jedoch klar, dass die Degradation nicht, wie bisher angenommen, direkt abläuft, sondern indirekt durch das Entstehen einer lithiumhaltigen Kochsalzstruktur. Auch Sauerstoff soll eine wichtigere Rolle bei den internen Prozessen spielen, als bisher angenommen.
Diese Erkenntnisse können Aufschluss darüber geben, mit welchen Materialien sich Hochenergie-Batterien herstellen lassen würden. Die Forscherinnen und Forscher gehen inzwischen davon aus, dass man durch eine Veränderung der genutzten Stoffe bis zu 30 Prozent mehr Leistung aus Lithium-Ionen-Batterien beziehen könnte. Somit würden auch Elektroautos, deren geringe Reichweite für einige Autofahrer bis heute ein Dorn im Auge ist, letztlich so verbessert werden, dass sie deutlich länger mit einer Ladung auskommen würden.
Hochenergie-Batterie mit nur 10 Minuten Ladezeit
Doch nicht nur die Ergebnisse der Karlsruher Forschung lassen die Hoffnung auf verbesserte Lithium-Ionen-Batterien steigen. Schon seit Jahren wird daran geforscht, Hochenergie-Batterien herzustellen, die sich innerhalb kürzester Zeit aufladen lassen. US-amerikanischen Forscherinnen und Forschern ist es gelungen, durch eine relativ simple Anpassung der Batterien eine Ladezeit von nur 10 Minuten zu erreichen. Dafür haben sie einfach dünne Folien aus Nickel in das Innere der Batterien platziert. Kurz bevor die Batterie sich auflädt, erhitzen die Nickel-Teilchen und erwärmen somit die gesamte Batterie, was zur schnelleren Ladung führt. Eigentlich versucht man, Hitze in Akkus zu vermeiden, da diese unerwünschten chemischen Reaktionen zur Folge haben können. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus den USA betonen allerdings, dass die positiven Effekte in der Praxis überwiegen würden. Auch nach mehreren tausend Aufladungen sei die Kapazität der Batterie nur minimal gesunken.
Welche Ansätze gibt es sonst noch?
Auf dem Weg in eine grünere Zukunft wird die Lithium-Ionen-Batterie uns noch eine Weile begleiten. Allerdings ist bei Weitem noch nicht ausgereizt, was diese Technik alles bereithält und wie sie sich in Zukunft entwickeln kann. Forscherinnen und Forscher auf der ganzen Welt arbeiten mit unterschiedlichsten Materialien und suchen immer neue Wege, die Batterien zu verbessern.
Ein Ansatz, der aktuell noch erforscht wird, ist das Einsetzen von Dickschichtelektroden. Diese sollen dazu beitragen, dass es weniger unbenutzte Komponenten innerhalb der Batterie gibt. Außerdem finden zunehmend Experimente mit Silicium statt, weil es eine sehr hohe Energiedichte aufweist. Wenn die Experimente erfolgreich sind, könnte Silicium das aktuell verbaute Graphit ersetzen und bis zu drei Mal mehr Energieeffizienz liefern. Ein Problem ist jedoch, dass Silicium sich schnell ausdehnt. Zudem sind seit geraumer Zeit Festkörperelektrolyten als Alternative zu den verwendeten flüssigen Elektrolyten im Gespräch. Festkörperelektrolyten würden für eine längere Lebenszeit und erhöhte Sicherheit bei Elektrobatterien führen.
Es gibt zahlreiche Versuche, die aktuellen Lithium-Ionen-Batterien alltagstauglicher und vor allem effizienter zu machen. Letztlich bleibt die Frage, ob diese neuen Erkenntnisse dazu beitragen werden, dass elektrische Fahrzeuge Verbrennungsmotoren irgendwann komplett ablösen. Was bei der Betrachtung des aktuellen Forschungsstandes schnell deutlich wird, ist, dass die Erforschung einer Hochenergie-Batterie nur noch eine Frage der Zeit ist.
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