Bessere Akkus für Elektroautos

Eine neu entwickelte Batterie für Elektrofahrzeuge kann innerhalb von zehn Minuten geladen werden. Das könne der Sorge vor fehlender Reichweite entgegenwirken, betonen Chao-Yang Wang und seine Kollegen von der Pennsylvania State University in der Fachzeitschrift Nature Energy.

Die Forscher setzen auf eine Art der Lithiumbatterien, die früher eine größere Bedeutung hatte: den Lithium-Eisen-Phosphor-Akkumulator (LEP-Akku). Dieser besitzt eine spezifische Energie von etwa 180 Wattstunden pro Kilogramm, während diese bei modernen Nickel-Mangan-Kobalt-Akkus (NMK-Akkus) etwa 250 Wattstunden pro Kilogramm beträgt. Für dieselbe Leistung müsste ein LEP-Akku also größer gebaut werden.

Das Team verwendet jedoch eine platzsparende Anordnung der Akkus, bei der lang gestreckte Batteriezellen nicht zu Modulen, sondern gleich zu Packs zusammengestellt werden. Das ist möglich, weil LEP-Akkus weniger Wärme abgeben und insgesamt sicherer betrieben werden können als die modernen NMK-Akkus. Zudem kann bei LEP-Akkus auf das seltene Element Kobalt verzichtet werden, das moderne Batterien teuer macht. Ihre Batterie aber sei in den Kosten nicht höher wie die bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor, so Wang.

Das Problem bei LEP-Akkus ist jedoch, dass sie bei niedrigen Außentemperaturen schnell an Leistung verlieren. Die Reichweite eines Autos mit einer solchen Batterie sinkt bei null Grad Celsius auf 58 Prozent, bei –10 Grad sogar auf 30 Prozent der ursprünglichen Distanz. Eine Lösung

dafür hat Wangs Gruppe kürzlich entwickelt: Eine dünne Nickelfolie zwischen den Batteriezellen erhitzt sich, wenn Strom durch sie geleitet wird. Die Temperatur des Akkus steigt dann mit einem Grad pro Sekunde und erreicht selbst bei leichtem Frost binnen einer Minute 60 Grad Celsius. Bei dieser Temperatur kann der LEP-Akku dann in 9,4 Minuten auf 80 Prozent seiner Kapazität geladen werden.

Auch beim Fahren bleibt die Temperatur bei 60 Grad. Dies ermögliche Leistungsspitzen, die eine Beschleunigung wie bei einem Porsche zulassen, so Wang. „Die erhöhte Temperatur reduziert auch erheblich den Kühlbedarf und vereinfacht oder beseitigt dadurch das BatteriewärmeManagementsystem.“Zudem erlaubt diese Betriebstemperatur, die Oberfläche der Grafitelektrode zu verkleinern, was den Akku langlebiger macht. Bei einer täglichen Fahrleistung von 50 Kilometern, die in den USA als Durchschnitt gilt, könnten mit der Batterie mehr als 3,2 Millionen Kilometer gefahren werden, errechnen die Wissenschaftler.

„Durch die sehr schnelle Aufladung können wir den Akku verkleinern, ohne Sorge um die Reichweite“, sagt Wang. Bei warmen Außentemperaturen beträgt die Reichweite des getesteten LEP-Akkus 290 Kilometer. Die Reichweite könne aber auf 400 Kilometer erhöht werden, wenn die Batterie vergrößert und ihre Leistung von 40 auf 55 Kilowattstunden erhöht würde. Die Forscher sehen ihren Akku als tauglich für den Massenmarkt, nicht nur für Fahrzeuge aus dem Luxussegment. Stefan Parsch