Autobatterien: Tricks und Lösungen für längere Lebens- und Laufzeiten

Der Klimawandel und die immer spürbareren Folgen davon sind gute Gründe, auf E-Mobilität umzusteigen. Dagegen sprechen die hohen Preise, die langen Ladezeiten sowie die kurze Lebensdauer und Reichweite der Akkuzellen. Forschende rund um den Globus arbeiten aber daran, das zu ändern.

 

An der Stanford University in Kalifornien ist es zum Beispiel William Chueh und anderen Wissenschaftler:innen gelungen, mit einem kleinen Trick den Lebenszyklus von Lithium-Ionen-Akkus um 50 Prozent oder mehr deutlich zu verlängern, ohne dabei die chemische Zusammensetzung der Batterien verändern zu müssen.

Wie heise autos Chueh zitiert, reiche es aus, den letzten Schritt beim Herstellungsprozess anzupassen und eine geringfügige Änderung vorzunehmen, wie die Batterie das erste Mal aufgeladen wird. Dieser auch Formierung genannte Prozessschritt hat wesentlichen Einfluss auf die Leistungseigenschaft von Akkuzellen. Üblicherweise wird die Batterie dabei über mehrere Stunden mit geringer Spannung geladen.

 

Mehr Ladezyklen durch veränderten Formierungsprozess

Chueh und seine Kolleg:innen fanden mithilfe von Machine Learning heraus, dass ein Laden mit hoher Spannung die möglichen Ladevorgänge bei den neuen Akkus deutlich erhöhen kann, wenn beim ersten Ladevorgang das richtige Maß zwischen Spannung und Temperatur erreicht wird. Die Ergebnisse der Analyse haben sie an 186 Batterien getestet.

 

Damit konnten sie auch herkömmliches Branchenwissen widerlegen, wonach ein Formieren mit hoher Spannung mehr Lithium-Ionen inaktiv macht als mit niedriger Spannung. Je mehr Lithium-Ionen aktiv sind, sprich, wie viele positive und negative Elektronen hin- und her fließen, desto mehr Ladezyklen kann eine Batterie aufnehmen. Das neue Forschungsergebnis an der Stanford University zeigt, dass der initiale Ionen-Verlust Platz in der positiven Elektrode schafft, somit die Effizienz beim Auf- und Entladen erhöht und den Verschleiß der Akkus verlangsamt. Die getesteten Akkus, die mit hoher Spannung aufgeladen wurden, hatten so im Schnitt eine um 50 Prozent verlängerte Lebensdauer. Das würde die durchschnittlichen Ladezyklen von E-Autobatterien von 1.500 auf 2.250 steigern.

 

Auch auf die Materialien und Elektrolyte kommt es an

Materialien und die richtige Zusammensetzung von Elektrolytlösungen haben auch einen großen Einfluss auf die Lebensdauer und Reichweite von Akkus für Elektroautos. Das zeigt zum Beispiel das ursprünglich in Münster von Chemikern um Dr. Ralf Wagner gegründete Kaiserslauterner Startup-Unternehmen E-Lyte, das nach langen Jahren der Laborarbeit Mitte September die Großproduktion aufgenommen hat.

 

„Die Elektrolytflüssigkeit hat den entscheidenden Anteil daran, wie leistungsfähig eine Batterie ist. Wie hitzebeständig, kälteresistent sie ist, wie schnell sie lädt. Damit war klar: Wir wollen mit E-Lyte diese Lücke schließen“, erklärt Sebastian Staiger. Ein 2015 aufgenommenes Projekt zur Elektrolytforschung eines führenden Industrieunternehmens war laut GründenNRW zuvor recht bald wieder eingestellt worden.

 

Die Idee, E-Lyte zu gründen, ist auf einer Messe entstanden. Mitgründer und Geschäftsführer Dr. Ralf Wagner wurde damals von verschiedenen Industrievertretern angesprochen, ob er nicht Hersteller kenne, die Elektrolyte für eine Optimierung der Batterie-Sicherheit und -Performance produzieren. Die Frage konnte Wagner nicht beantworten. Er hat sich dann aber mit anderen Chemikern wie den späteren Marketingverantwortlichen Staiger und einem Professor für Materialforschung zusammengetan, um ein neuartiges, sauberes und effizienteres Verfahren für die Herstellung der aus mehreren Komponenten bestehenden Elektrolyte zu entwickeln. Zielkunden sollen unter anderem neue europäische Player wie die VW-Tochter PowerCo sein, um die europäischen Automobilhersteller langfristig von der China-Abhängigkeit zu befreien.

 

 

Quelle Titelbild: pixabay / IsmaelMarder