Wieder eine neue Batterierevolution: US-Forscher haben eine Möglichkeit gefunden, um Batterien viel schneller als bisher laden zu können. Ein Elektroauto hätte mit der neuen Methode in nur zehn Minuten wieder genug Strom für 480 Kilometer – ohne Nebenwirkungen. Die Methode ist vielversprechend, doch die Technologie funktioniert erstmal nur im Labor.

Warum das Laden bisher mindestens 30 Minuten dauert

Die Reichweitenangst verhindert, dass sich E-Autos besser verkaufen – also die Angst, mit dem Elektroauto liegenzubleiben oder einen langen Ladestopp einlegen zu müssen. Denn Lithium-Ionen-Batterien sind zwar sehr leistungsfähig, doch sie lassen sich nicht unbegrenzt schnell laden. Deshalb müssen Elektroautos bisher auch an den schnellsten Ladesäulen mindestens eine halbe Stunde Pause einlegen. Denn wenn man Lithium-Ionen-Batterien zu schnell lädt, bilden sich auf der Graphit-Anode flächige Ablagerungen aus Lithium. Dadurch sinkt die Kapazität der Batterie drastisch.

So laden die Forscher Lithium-Ionen-Batterien in zehn Minuten auf

Forscher an der Pennsylvania State University haben nun einen Weg gefunden, Lithium-Ionen-Akkus schneller zu laden. Sie erhitzen die Akkus beim Laden kurz auf 60 Grad und erreichen so, dass sich das Lithium nicht an der Anode ablagert. Dafür baute das Forscherteam um Chao-Yang Wang eine Art Heizung in die Zelle ein, eine dünne Folie aus Nickel. Ein Ende der Folie wurde mit der dem negativen Pol der Batterie verlötet, das andere ragt aus der Zelle heraus. Dieses Ende bildet neben dem negativen und dem positiven Pol des Akkus einen dritten Pol, den die Forscher Aktivierungs-Pol nennen.

Wird die Batterie geladen, wird dieser dritte Pol mit dem positiven Pol kurzgeschlossen. Dadurch fließt der Strom fast nur durch die Nickelfolie, die sich schnell aufheizt und den Akku damit in unter einer Minute auf 60 Grad erwärmt. Sobald die Batterie heiß genug ist, trennen die Forscher den Nickelschaltkreis wieder und verwenden den Ladestrom nur noch für das Laden des Akkus. Die Batterie kühlt schnell so wieder ab.

Mit dieser Methode verträgt der Akku auch extrem hohe Ladeleistungen von 400 kW ohne negative Folgen, weil eine Strukturänderung des Elektrolyten verhindert wird. Damit lässt sich in zehn Minuten wieder Strom für bis zu 480 Kilometer tanken. Damit die Batterie keinen Schaden nimmt, muss das Erhitzen allerdings sehr schnell gehen und darf nur kurz andauern. Eine Batterie von außen auf 60 Grad zu bringen, würde fast zehn Minuten dauern.

Erste Tests zeigen, dass die Batterien sogar länger leben

In ersten Tests der neuen Methode zeigte sich, dass sich ein gängiger Akku für Plug-in-Hybride mit 9,5 Amperestunden in zehn Minuten wieder auf 80 Prozent laden ließ. Nach 1.700 Ladezyklen besaß er immer noch 80 Prozent seiner Kapazität. Eine andere getestete Batterie mit etwas höherer Energiedichte verlor in 2.500 Zyklen sogar weniger als 10 Prozent ihrer Kapazität. Das ist deutlich weniger als bei heutigen Lithium-Ionen-Zellen üblich.

Forscher peilen jetzt 5 Minuten Ladezeit an

Die Forscher sind überzeugt, dass ihre Entwicklung die Ladezeiten von Lithium-Ionen-Batterien endlich verkürzt. Dann könnten wir Elektroautos endlich gemütlich bei einer Tasse Kaffee laden und anschließend sofort weiterfahren. Forscher Wang und sein Team sind aber noch nicht ganz zufrieden und wollen die Ladedauer auf 5 Minuten verkürzen. Sie haben berechnet, dass Batterien mit dieser Methode sogar günstiger werden könnten. Zwar verteuert die Folie den Akku, doch dafür fallen die Kosten für die Akkukühlung beim Laden weg. Einige Modelle setzen diese ein, um die Batterie beim stundenlangen Laden nicht zu heiß werden zu lassen.

Wie bei allen Neuerungen in der Batterieforschung wird hier nur die Zeit zeigen, ob aus der Idee wirklich eine serienfähige Batterie wird.

Quellen / Weiterlesen

In and out with 10-minute electrical vehicle recharge | Pennsylvania State University
Asymmetric Temperature Modulation for Extreme Fast Charging of Lithium-Ion Batteries | Joule
Forscher entwickeln Hochenergie-Batterie für E-Autos | Spiegel Online
Elektroautos: Laden in nur zehn Minuten? | scienexx
Akku für Elektroautos kann in zehn Minuten geladen werden | Welt
Bildquelle: © Chao-Yang Wang Lab, Penn State

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