Durchbruch: Neue Batterie verdoppelt die Fahrleistung


An der Universität in Michigan in Ann Arbor kamen nun neue Erkenntnisse zu Tage. Hier wird schon seit langer Zeit an wiederaufladbaren Batterien gefeilt. Wie jetzt jüngst gemeldet wurde, könnte sich dank neuester Technologien die Leistung von Lithium-Ionen-Zellen verdoppeln lassen. Dieser Passus könnte nicht nur die Zeitspanne zum Aufladen, sondern auch die Reichweite positiv beeinflussen.

Nächste Generation von Batterien denkbar

Der Schlüssel zum Erfolg scheinen keramische Festkörperelektrolyten zu sein, wie Ingenieure der University of Michigan mitteilten. Damit ließe sich die Leistung von Lithium-Metallbatterien auf Haltbarkeit verbessern und die Gefahr eines Kurzschlusses verringern. Demnach entstünde eine neue Klasse von Batterien.

In den 80er Jahren des vergangenen Jahrhunderts waren wiederaufladbare Lithium-Metallbatterien, die flüssige Elektrolyte beinhalteten, das Highlight schlechthin. Damals wurden diese Batterien noch für Handys verwendet. Sie hatten allerdings den Nachteil, dass sie zum Durchschmoren neigten, wenn sie häufiger aufgeladen wurden. Dieser Umstand führte dazu, dass Ingenieure immer weiter bestrebt waren, neue und bessere Batterien auf den Markt zu bringen.

Anfang der 90er Jahre waren schließlich die Lithium-Ionen-Batterien auf dem Vormarsch. Diese galten als stabiler und entwickelten sich schnell zum neuen Standard. Das bis dahin verwendete Lithium-Metall wurde durch Graphitanoden ersetzt. Dieses absorbiert Lithium und verhindert die Bildung von Dendriten. Graphit kann nur ein Lithium-Ion für je sechs Kohlenstoff-Atome aufnehmen. Dies ermöglicht eine Kapazität von ca. 350 mAh/g.

Kurzschlüsse gehören der Vergangenheit an

Lithium-Ionen-Batterien, die zurzeit erhältlich sind, erzielen eine Energiedichte von ungefähr 600 Wh/l bei maximaler Leistung. Festkörperbatterien können hingegen 1.200 Wh/l erreichen. Um das Problem von Überspannungen oder Überhitzungen zu lösen, haben Ingenieure an der Michigan Universität nun eine gesonderte Keramik-Schicht entwickelt. Diese soll Dendriten bereits vor der Bildung vorbeugen, sodass Defekte oder ähnliches nicht entstehen. Somit lassen sich Batterien herstellen, die alle Vorteile der Energiedichte einer Lithium-Metallbatterie vereint und dennoch eine gute Leistung erbringt.

Bei früheren Tests kam es vermehrt zu Kurzschlüssen. Das Problem konnten Forscher allerdings jetzt mit chemischen und mechanischen Prozessen beseitigen. Somit ist nicht nur eine bessere Sicherheit, sondern auch eine ideale Ladegeschwindigkeit gegeben.

Ultimative Verbesserung der Aufladezeiten

Während es in der Vergangenheit um die 20 bis 50 Stunden gedauert hat, Lithium-Metall-Autobatterien komplett vollzuladen, könnte der neue Durchbruch die Auflade-Zeiten drastisch reduzieren. Demnach ließen sich Akkus in drei Stunden oder in noch kürzerer Zeit aufladen. Demnach lässt sich die Ladegeschwindigkeit um Welten verbessern.

Weiterer Vorteil: Der ständige Ladeprozess führt bei Lithium-Ionen-Batterien über kurz oder lang zu einer verringerten Lebensdauer. Tests bei keramischen Elektrolyten zeigen jedoch bessere Zyklen und geringeren Abbau an. Aktuelle Ergebnisse werden Ende des Monats im Journal of Power Sources erwartet.

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Nathan Taylor kontrolliert ein Stück Lithiummetall
Bildquelle: Evan Dougherty, Michigan Engineering
 
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