Dass Elektroautos aktuell nur in Ausnahmefällen wie dem Tesla S weiter als 300 Kilometer mit einer Ladung kommen, liegt unter anderem daran, dass sich die Batterien nicht platzsparend im Auto unterbringen lassen. So stecken in Elektroautos je nach Modell Hunderte bis Tausende separate Batteriezellen. Jede einzelne ist von einem Gehäuse umhüllt, über Anschlüsse und Leitungen mit dem Auto verbunden und von Sensoren überwacht.
Kompakte Alternative
Diese Zusatzkomponenten nehmen mehr als die Hälfte des Raums ein. Auch entstehen an den Anschlüssen der kleinteilig aufgebauten Zellen elektrische Widerstände, die die Leistung reduzieren. Jetzt haben Fraunhofer Forscher um Mareike Wolter vom Institut für Keramische Technologien und Systeme (IKTS) in Dresden eine kompakte Alternative entwickelt, mit der sie den zur Verfügung stehenden Platz optimal für die Autobatterie ausnutzen.
Hochstapeln nach dem Bipolar-Prinzip
Die Wissenschaftler haben unter dem Markennamen EMBATT das Bipolar-Prinzip, das von der Brennstoffzelle bekannt ist, auf die Lithium-Batterie übertragen: Dabei werden einzelne Batteriezellen nicht getrennt nebeneinander aufgereiht, sondern großflächig direkt übereinander gestapelt. Das Ergebnis: Es passen mehr Batterien in das Auto. Und das bringt mehr Reichweite.
Dafür haben die Dresdner eine Bipolar-Elektrode entwickelt. Das ist eine metallische Folie, die auf beiden Seiten mit keramischen Speichermaterialien beschichtet wird: „Die Rezeptur für diese Beschichtungen muss speziell entwickelt werden – jeweils angepasst für Vorder- und Rückseite der Folie“, erklärt Wolter.
Das dünne Metallband ist auf beiden Seiten mit pulverförmiger Keramik, Polymeren und leitfähigen Materialien beschichtet. Die Keramik fungiert dabei als Medium zum Speichern der Energie. Eine Seite wird dadurch zur Anode, die andere zur Kathode.
So müssen die Elektroden nicht wie sonst üblich mit Kabeln verbunden werden, sondern haben dicht zusammengepackt direkten Kontakt. Der Strom fließt über die gesamte Fläche der Batterie. Und das reduziert den elektrischen Widerstand erheblich – es kommt mehr Leistung in die Fahrzeuge. Außerdem können diese Elektroden Energie sehr schnell abgeben und wieder aufnehmen.
Mittelfristig 1.000 Kilometer Reichweite
„Durch unser neues Packaging-Konzept hoffen wir mittelfristig, die Reichweite von Elektroautos auf bis zu 1.000 Kilometer zu steigern“, sagt Wolter. Erste Tests im Labor haben positive Ergebnisse gebracht. Wolter: „Wir nutzen unser Know-how bei keramischen Technologien, um die Elektroden so zu designen, dass sie möglichst wenig Platz benötigen, viel Energie speichern, einfach herzustellen sind und lange halten.“
Doch wollen die Forscher die Beschichtung der Folien noch weiter optimieren. Partner sind ThyssenKrupp System Engineering und IAV Automotive Engineering. Im nächsten Schritt ist dann geplant, größere Batteriezellen zu entwickeln und in Elektroautos einzubauen. Erste Tests im Fahrzeug streben die Partner bis 2020 an. ThyssenKrupp System Engineering fertigt die Batterien, IAV Automotive Engineering integriert sie in Elektrofahrzeuge.
Redox-Flow-Batterien für große Reichweiten
Mit einem ganz anderen Verfahren ist schon heute das Liechtensteiner Unternehmen NanoFlowCell dabei, Reichweiten von 1.000 Kilometern und mehr zu erreichen. Bei Flusszellenbatterien werden einfach nur die Elektrolytflüssigkeiten ausgetauscht.
Es gibt keine langen Ladezeiten, die Energie ist nach dem Austausch sofort verfügbar. Und die Technik funktioniert, wie Sie hier lesen können.
Aktuelle Elektroautos
Er hat zwar nur eine Reichweite von 130 Kilometern, ist dafür aber das günstigste Elektroauto Deutschlands: der e.Go Life. Er kostet nur 16.000 Euro und wird schon 2018 ausgeliefert. Entwickelt haben das Auto Ingenieure der RWTH Aachen.
Und hier finden Sie die 10 beliebtesten Elektroautos der Deutschen.
