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Innovationen in Sachen E-Mobilität – Durchbruch in der Batterie-Forschung

| von Julia
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Design und Funktionalität – das sind sicherlich die Aspekte, die bei einem Elektroauto aus Verbrauchersicht von Bedeutung sind. Mindestens genauso wichtig ist natürlich die Batterieleistung. Je höher die Reichweite, desto überzeugender das Fahrzeug. Eben dieser Aspekt stellt die Branche vor massive Herausforderungen. So arbeiten Wissenschaftler auf der ganzen Welt mit Hochdruck daran, Elektroautos langstreckentauglich zu machen. Selbiges gilt für Flugzeuge mit Elektroantrieb. Die neueste Entdeckung in der Batterie-Forschung ist diesbezüglich ein echter Meilenstein in der Weiterentwicklung der E-Mobilität.

Schneller, weiter, höher – die E-Mobilität auf dem Vormarsch

Batterie-Elektrolyte lautet das „Zauberwort“, wenn es um die Reichweitensteigerung von Batterien für Autos und Flugzeuge geht. Wissenschaftlern des Lawrence Berkeley National Laboratory ist es gelungen, damit die Reichweite elektrischer Fahr- und Flugzeuge drastisch zu erhöhen.

Die Schattenseiten der Batterieproduktion

Ziel ist es grundsätzlich, die Nachhaltigkeitsziele mit Blick auf die Reduzierung von Treibhausgasen, Stickoxiden und Co. zu erreichen. Die E-Mobilität nimmt hierbei einen wesentlichen Stellenwert ein. Die Industrienationen loben die E-Mobilität buchstäblich „über den grünen Klee“. An die Kinder in den Entwicklungsländern, die das für die Fahrzeugbatterien erforderliche Kobalt meist unter menschenunwürdigen Bedingungen in den Kobaltminen Asiens oder in der Republik Kongo fördern müssen, denken dabei nur wenige. Auch wenn es um die Entsorgung der Batterien geht, haben wiederum die Kinder der Dritten Welt das Nachsehen. So leidet ein Großteil von ihnen unter der schweren Bleibelastung – und zwar im Durchschnitt von rund fünf Mikrogramm pro Deziliter Blut.

Es tut sich etwas in der Elektromobilität

Um Batterien für E-Autos herzustellen, wird in der Regel weitaus mehr Energie verbraucht, als sie im Laufe ihrer Nutzungsdauer hergeben. Ganz abgesehen davon sind die Anschaffungskosten immens, die Ladezeiten viel zu lang und die Reichweiten zu gering. Chinesische Forscher haben jedoch nun eine Art „Super-Akku“ für Fahrzeuge mit Elektroantrieb entwickelt, der in wenigen Minuten aufgeladen ist. Die Wissenschaftler der University of Science and Technology of China greifen dafür auf eine spezielle Mischung aus Graphit und schwarzem Phosphor zurück, um die Lebensdauer bzw. die Ladezeiten von E-Auto-Batterien zu verbessern.

So soll das Aufladen mit dieser Batterie-Innovation nicht länger als 10 Minuten dauern. Eine Reichweite von bis zu 500 Kilometern ist dabei ohne Weiteres möglich, behaupten die Wissenschaftler. Im Vergleich zum klassischen Graphit weist schwarzer Phosphor deutlich mehr Elektronen auf, die ihrerseits mit mehr Lithium-Ionen reagieren können. Damit schlägt man quasi drei Fliegen mit einer Klappe:

  • Die Effizienz der Batterie wird deutlich erhöht.
  • Die Herstellung ist weniger zeit- und kostenaufwendig.
  • Dieser Stoff ist wesentlich umweltfreundlicher als Graphit in den gängigen Lithium-Ionen-Batterien.

Nachteil: Schwarzer Phosphor konnte bisher angesichts der chemischen Reaktionen an seiner Oberfläche nicht wie gewünscht zur Anwendung kommen.

80 Prozent der Kapazität nach nur 10 Minuten Ladezeit

Die Forscher haben jüngst eine Möglichkeit entdeckt, die derzeit noch bestehende Problematik zu beheben. Sie konzeptionierten eine Batterievariante, deren Zusammensetzung zu 15 Prozent aus Graphit besteht. Der weitaus größere Teil wird durch schwarzen Phosphor ergänzt. Tests haben gezeigt, dass durch die Materialmischung nach einer gerade einmal zehnminütigen Ladezeit bis zu 80 Prozent der Kapazität wieder hergestellt werden können. Um aber die Batterie-Innovation bis zur Marktreife zu bringen, sind noch weitere Tests erforderlich. Grundsätzlich ist man sich jedoch einig, dass der neue „Super-Akku“ schon bald die E-Mobilität revolutionieren wird.

Batterie-Innovationen aus dem Münsterland

Das MEET Batterieforschungszentrum der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster wartet ebenfalls mit einer bahnbrechenden Neuentdeckung in Bezug auf die E-Mobilität auf. In Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern der Universitäten in Shanghai und Wuhan ist es gelungen, eine Zink-Luft-Batterie zu konzeptionieren, die nicht nur besonders leistungsstark und umweltfreundlich, sondern außerdem sicher und extrem kostengünstig ist.

Die Zink-Luft-Batterie zeichnet sich insgesamt durch ihre erhöhte Energiedichte aus und kann dementsprechend leicht mit der Lithium-Ionen-Batterie konkurrieren. Fakt aber ist auch, dass es noch „Luft nach oben gibt“, wenn es um das Leistungsportfolio, die Effizienz und die Umweltfreundlichkeit geht. In dem Zusammenhang lohnt sich ein Blick nach Israel. Dort gibt es ein Forscherteam, das sich auf die Entwicklung von Aluminium-Luft- und Zink-Luft-Batteriesystemen spezialisiert hat. Diese sollen in Zukunft sowohl für stationäre Anwendungen als auch für die Ausrüstung von E-Autos genutzt werden. In Zusammenarbeit mit dem Mineralöl-Konzern IndianOil arbeiten die Wissenschaftler nach wie vor auf Hochtouren an der Verbesserung ihrer Innovation.

Ob in Münster, in China, Israel oder in den USA – die Entwicklungen in der Batterie-Forschung können sich buchstäblich sehen lassen. So dürfen Unternehmer und Verbraucher gespannt sein auf das, was der Markt in den kommenden Jahren bieten wird.

Video: E-Mobilität | Episode 2 – Alles rund um die Batterieforschung

In unserer neuesten medsolutTV-Episode zum Thema E-Mobilität richtet Moderator Vincent Schneider seinen Fokus auf die Batterieforschung. Denn sowohl Produktion und Leistung der Batterien werfen häufig eine Menge Fragen auf. Diese werden im Video beantwortet. Schauen Sie selbst:

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