Die Innovationsjagd im Bereich der Batterien für Elektrofahrzeuge hat einen entscheidenden Schritt nach vorne gemacht. Ein Team von Forschern der Universität Michigan hat in Zusammenarbeit mit der Firma Arbor Battery Innovations eine Technologie entwickelt, die eines der größten Hindernisse für die breite Akzeptanz von Elektroautos beseitigen könnte: die Abnahme der Reichweite und die verlängerten Ladezeiten bei kaltem Wetter.
Ein wichtiger Fortschritt gegen kalte Bedingungen
Besitzer von Elektrofahrzeugen wissen aus Erfahrung: Der Winter ist oft gleichbedeutend mit einer verminderten Leistung. Wenn die Temperaturen sinken, bewegen sich die Elektronen in der Batterie langsamer, was zu einer Verringerung der Reichweite von bis zu 30% und deutlich verlängerten Ladezeiten führt.
Autohersteller versuchen, diesem Problem mit Lösungen wie der Vorheizung der Batterie oder der Installation von Wärmepumpen entgegenzuwirken. Diese Maßnahmen mildern jedoch nur die Auswirkungen, ohne das Problem an der Wurzel zu packen.
Die neuartige experimentelle Batterie, deren Ergebnisse in der wissenschaftlichen Zeitschrift Joule veröffentlicht wurden, verfolgt einen grundlegend anderen Ansatz mit beeindruckenden Ergebnissen: Eine vollständige Aufladung in nur 10 Minuten bei -10 °C, ohne nennenswerte Degradation selbst nach 100 Ladezyklen.
Elektroautos: Diese Technologie sichern Ihnen viele Kilometer Reichweite im Winter
Eine 3D-Architektur und eine spezielle Beschichtung
Die Innovation basiert auf zwei entscheidenden Elementen:
- Eine 3D-Elektrodenarchitektur, die durch Laserschneiden im Graphit der Anode geschaffen wird und es den Lithium-Ionen ermöglicht, sich schneller zu bewegen und abzulagern.
- Eine gläserne Beschichtung aus Lithium-Borate-Carbonat mit einer Dicke von etwa 20 Nanometern, die die Bildung von Lithiumablagerungen verhindert.
Das klassische Problem dickerer Anoden (die für extreme Temperaturen verstärkt werden) ist, dass Lithium sich darin nicht frei bewegen kann. Die Forscher haben dieses Problem umgangen, indem sie das Graphit mit einem Laser durchlöcherten, wodurch bevorzugte Zugangswege für die Ionen geschaffen wurden.
Zusätzlich führt das ultraschnelle Laden in der Regel zu einem Phänomen namens „Lithiumablagerung“, bei dem sich das Metall an der Oberfläche der Anode anstatt korrekt absorbiert. Diese Ablagerungen verringern die Leistung, verlangsamen das Laden und können sogar Kurzschlüsse verursachen. Die spezielle gläserne Beschichtung verhindert genau diese unerwünschte Reaktion.
Hervorragende Ladeleistungen
Die Batterie erreicht eine Ladegeschwindigkeit von 6C, was besonders beeindruckend ist. Zum Vergleich: Eine Ladegeschwindigkeit von 1C bedeutet, dass eine Batterie in einer Stunde vollständig aufgeladen ist. Bei 6C dauert die vollständige Aufladung nur 10 Minuten, selbst bei eisigen Temperaturen.
4 Autofirmen beschuldigt, über die Leistungsfähigkeit ihrer Elektroautos gelogen zu haben
Professor Neil Dasgupta, Mitautor der Studie und Spezialist für Maschinenbau und Materialwissenschaft, betont einen großen Vorteil dieser Technologie: Sie könnte ohne wesentliche Änderungen der bestehenden Produktionslinien implementiert werden.
| Technologie | Ladezeit bei -10 °C | Degradation nach 100 Zyklen |
|---|---|---|
| Standardbatterie | 30-40 Minuten | Signifikant |
| Neue Batterie | 10 Minuten | Minimal |
Unklarheiten zum Studieninhalt
Die Studie präzisiert einige entscheidende Aspekte nicht, einschließlich der Größe der getesteten Batterie oder ob die Ladezeit von 10 Minuten einen vollständigen Zyklus von 0-100% betrifft oder lediglich den empfohlenen Bereich von 20-80%, um die Lebensdauer der Batterien zu erhalten.
Zum Vergleich: Eine Tesla Model 3 kann je nach Benutzerhandbuch zwischen -30 °C und 60 °C betrieben werden, jedoch mit erheblich reduzierter Leistung an den Extremen dieses Bereichs. Viele Besitzer berichten von drastischen Rückgängen in der Reichweite, wenn die Temperaturen unter den Gefrierpunkt fallen.
Auf dem Weg zur gewerblichen Nutzung?
Wenn diese Technologie vom Labor in die Massenproduktion übergeht, könnte sie den Markt für Elektrofahrzeuge revolutionieren, insbesondere in Regionen mit strengen Wintern wie Kanada, Skandinavien oder bestimmten Teilen der USA.
Derzeit verlieren Elektroautos bei extrem kaltem Wetter zwischen 20 und 40% ihrer Reichweite. Eine Batterie, die gegen diese Effekte immun ist und unabhängig von den Wetterbedingungen schnell aufgeladen werden kann, würde eines der letzten Argumente der Skeptiker entkräften.
Elektroautos: eine neue Steuer kündigt sich an, die schmerzhaft werden könnte?
Über die reine Leistung hinaus verdeutlicht diese Innovation den dynamischen Fortschritt in der Batterieforschung. Die Labore arbeiten gleichzeitig an mehreren Fronten: Energiedichte, Ladegeschwindigkeit, Lebensdauer und Temperaturbeständigkeit.
Für Sie, als aktuelle oder zukünftige Fahrer von Elektrofahrzeugen, verspricht dieser Fortschritt eine Zukunft, in der der Winter nicht mehr mit Reichweitenangst oder endlosen Ladezeiten an Schnellladesäulen verbunden ist. Nun bleibt abzuwarten, wie lange es dauert, bis diese vielversprechende Technologie die Labore verlässt und in unsere Fahrzeuge Einzug hält.
