Reichweite von E-Autos 14.08.2020, 09:53 Uhr

Tesla: Forschern gelingt Durchbruch bei Batterie

Neue Batterien sollen Lithium-Ionen-Akkus ablösen und die Reichweite von E-Autos endlich steigern. Doch es gab bislang ein Problem.

Beim Laden der Lihium-Metall-Akkus gibt es Probleme. Kanadische Forscher arbeiten mit Tesla zusammen an einer Lösung. Foto: Peter Sieben

Beim Laden der Lihium-Metall-Akkus gibt es Probleme. Kanadische Forscher arbeiten mit Tesla zusammen an einer Lösung.

Foto: Peter Sieben

Die Forscher der Dalhousie University im kanadischen Halifax haben es der Batterie nicht leicht gemacht. Sogar mit Nägeln sind sie ihr zuleibe gerückt. Doch es lohnt sich womöglich: Das Ziel ihrer Forschungen könnte eine neue Generation von Batterien sein, die erheblich leistungsfähiger ist als Lithium-Ionen-Batterien. Das könnte nicht nur den E-Auto-Markt revolutionieren.

Aber von Anfang an: Die kanadische Universität arbeitet bei der Batterieforschung seit 2015 mit Tesla zusammen und will Alternativen zu den klassischen Lithium-Ionen-Akkus entwickeln, die nach wie vor bei den meisten E-Auto-Hersteller verbaut werden.

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Batterie für E-Autos: Neue Entwicklung effizienter als Lithium-Ionen-Akkus

Leiter des Forscherteams ist niemand geringerer als Jeff Dahn, der schon an der Entwicklung der Lithium-Ionen-Technik maßgeblich beteiligt war. Er und seine Kollegen arbeiten jetzt an Lithium-Metall-Zellen.  Laut einem Aufsatz, der im Magazin „Nature Energy“ veröffentlicht wurde, speichern die anodenfreien Zellen 60 % mehr Energie pro Volumen als herkömmliche Lithium-Ionen-Zellen.

„Eine solch hohe Energiedichte kann die Reichweite von Elektrofahrzeugen um ungefähr 280 Kilometer erhöhen“, heißt es weiter. Mit den Batterien sei sogar der Betrieb von E-Flugzeugen in der Stadt, wie etwa Luft-Taxis, denkbar.

Lithium-Metall-Batterien halten nicht lange durch

Das Problem: Die Batterien halten nicht viele Ladezyklen aus und haben einen hohen Kapazitätsverlust. Jetzt haben die Forscher analysiert, wie genau es dazu kommt, dass die Akkus sich derart schnell verschlechtern und nur wenige Dutzend Ladezyklen durchhalten. Unter anderem mithilfe von Elektronenmikroskopen, Röntgentomografie und Ultraschall haben die Wissenschaftler die Batterien untersucht und sogar Nägel in die Akkus geschlagen und dabei die Zelltemperatur gemessen.

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Die Erkenntnis: Die Elektrolyt-Zusammensetzung musste angepasst werden. Dadurch habe man die Haltbarkeit der Lithium-Metall-Akkus deutlich steigern können, heißt es in einem Abstract zum Aufsatz. Jetzt halten die Batterien 200 Ladezyklen durch – statt 50. Die Forscher dürften damit allerdings noch lange nicht am Ziel sein. 200 Ladezyklen dürfte potenzielle Käufer von E-Autos eher nicht zufriedenstellen.

Ob und wann die Lithium-Metall-Batterien bei Tesla zum Einsatz kommen, ist unklar. Zuletzt hatte Tesla-Chef Elon Musk angedeutet, dass der Autobauer möglicherweise künftig billige LFP-Zellen einsetzen will – jedenfalls im günstigsten Modell 3. Mit der LFP-Technik seien Reichweiten von rund 480 Kilometern möglich.

Alternative zu Graphit-Anoden

Erst kürzlich ist einer Forschergruppe des Lawrence Berkeley National Laboratory ebenfalls ein Durchbruch in der Batterieforschung gelungen (Lesen Sie mehr dazu hier). In Kooperation mit der Carnegie Mellon University haben die Wissenschaftler neuartige Elektrolyte entwickelt. Das Problem bei Lithium-Metall-Anoden, die als Alternative zu den üblichen Graphit-Anoden helfen sollen, die Reichweite von Elektroautos zu erhöhen, liegt in den sogenannten Lithium-Dendriten. Bei Lade- sowie Entladezyklen bilden sich immer mehr kleine tentakelartige Defekte an den Anoden, die die Batterie zunehmend schädigen.

Forschergruppe gelingt Durchbruch mit neuartigen Elektrolyten

Die Forschergruppe aus Berkeley hat neuartige Elektrolyte entwickelt, die dieses Problem nicht haben. Es handelt sich dabei um eine Gruppe weicher und fester Elektrolyte, die sowohl aus Keramik als auch aus Polymeren bestehen. So wird die Keimbildung der Dendriten unterdrückt wird, bevor sie sich immer weiter ausbreiten.

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Ein Beitrag von:

  • Peter Sieben

    Peter Sieben ist Content Manager und verantwortlicher Redakteur für ingenieur.de. Nach einem Volontariat bei der Funke Mediengruppe war er mehrere Jahre als Redakteur und Politik-Reporter in verschiedenen Ressorts von Tageszeitungen und Online-Medien unterwegs. Er schreibt über Forschung, Politik und Karrierethemen.

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