13.09.2021

Bald massive Reichweitenerhöhung dank neuer E-Auto-Akkus

© energielösung GmbH

Die Reichweite sei gering. Das Argument vieler Gegner der immer mehr aufkommenden E-Mobilität ist oftmals, dass die „kurze“ Reichweite und die „lange“ Ladezeit im Vergleich zu einem Verbrenner die E-Autos uninteressant machen würden. Statt hier mit dem Umwelt- und Nachhaltigkeitsargument zu kontern, suchen E-Auto-Ingenieure nach Lösungen. Eine davon haben deutsche Forscher nun entwickelt – eine Lithium-Metall-Batterie mit einer Energiedicht von über 500 Wh/kg. Das verspricht eine hohe Effizienz und eine massiv größere Reichweite.

Noch schnelleres Tanken und höhere Reichweite

Große und schwere Verbrenner schaffen es oftmals spielend, enorm hohe Reichweiten durch ein großes Tankvolumen herzustellen. Zudem können selbst 100 l Treibstoff in die Diesel- oder Benzinfahrzeuge binnen weniger Minuten hineingepumpt werden. Das Laden eines bislang handelsüblichen Akkus sogar über einen Schnelllader überschreitet hier die Marke von 30 bis 40 Minuten in der Regel sehr rasch.

Verbesserung dank des Karlsruhe Institute of Technology

Dass Deutschland immer noch ein Land der Forscher und Pioniere ist, stellten Forscher des Karlsruhe Institute of Technology unter Beweis. In Zusammenarbeit mit dem Helmholtz-Institut in Ulm produzierten die Forscher eine Lithium-Metall-Batterie, die eine massive Steigerung der Reichweite verspricht.

Die Energiedichte des neuen Akkus erreicht deutlich über 500 Wh pro kg. Herkömmliche Lithium-Energiespeicher können aktuell im besten Fall und unter optimalen Umständen „nur“ 200 bis 300 Wh/kg erreichen. Der neue Akku wäre also eine durchschnittliche Verdoppelung der aktuellen Möglichkeiten. Laut den Ergebnissen der Forscher wären so Reichweiten von über 1.000 Kilometer möglich – und dass, ohne dass das Fahrzeug, explizit der Akku, schwerer werden müsste.

Statt einer immensen Reichweitenvergrößerung wäre es dank dieser Entwicklung aber auch denkbar, das Gesamtgewicht eines E-Fahrzeuges zu verringern, und dennoch die Reichweite signifikant zu erhöhen. Das wäre auch ein neuer Ansatz für die elektrische Luftfahrt.

Was steckt in dem neuen E-Auto-Akku?

Wie schafften es die Karlsruher Forscher, diese große Steigerung zu erreichen? Man experimentierte mit einer gut verfügbaren kobaltarmen und nickelreichen Kathode. Zwar wurde so eine hohe Energiedichte erreicht, allerdings traten schon nach einigen Ladezyklen erhebliche Degradierungserscheinungen auf.

Die Entscheidung, auf ein ionisches Flüssig-Elektrolyt umzusteigen, brachte die Wende. Dieser Elektrolyt weist wenig Volatilität (Flüchtigkeit) auf und ist zudem schwer brennbar. Auch die Struktur der Kathode wurde verändert.

„Bemerkenswert ist, dass so eine Energiedichte von 560 Wh/kg erreicht wurde. Selbst die besten Prototypen brandaktueller Lithium-Akkus können damit nicht mithalten. Diese Prototypen schaffen 350 Wh/kg, büßen allerdings bereits nach spätestens 600 Ladezyklen ein Viertel ihrer Kapazität ein. Der von den Karlsruher Forschern entwickelte Lithium-Metall-Akku hingegen hat bei Labortests gezeigt, dass er nach mehr als 1.000 Ladezyklen immer noch bei 88 Prozent der Anfangsleistung lag.“

Coulomb-Effizienz des Ulmer und Karlsruher Akkus

Die Coulomb-Effizienz beschreibt, wie gut der Strom zwischen der Anode und der Kathode fließt. Auch hier zeigt sich die Lithium-Metall-Batterie in einem hohen Maße erfolgreich. Bereits kommerziell erhältliche Akkus müssen hier eine Effizienz von 99,9 Prozent erreichen. Das bedeutet, dass von 1.000 beim Aufladen bewegten Lithium-Ionen 999 beim Entladen zurückgewonnen werden müssen. Die Ulmer und Karlsruher Batterie liegt hier schon bei 99,94 Prozent.

Allerdings ist die neue Batterie noch nicht serienreif. Nun wird geprüft, wie das Verfahren den Praxistest besteht.

Autor: Stefan Köstlinger

Stefan Köstlinger ist Kommunikationswissenschaftler, ehemaliger Journalist und selbstständiger Texter mit seiner K & K Schreibwerkstatt. E-Mobilität hat ihn schon immer fasziniert – angefangen vom ersten ferngesteuerten Auto bis heute und der Möglichkeit, verbrennungsmotorfrei zu leben.

13. September 2021

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