Ingenieure an der Penn State University haben den Prototyp einer Batterie hergestellt, die gleich mehrere Wunder auf einmal möglich macht. Sie besticht durch eine kurze Ladezeit von zehn Minuten, einer sehr langen Lebensdauer und dazu sensationell niedrigen Kosten. Die Forscher halten einen Preis von umgerechnet nur 3000 Euro für realistisch. Damit wäre der elektrische Antrieb deutliche billiger als der Antriebsstrang eines Verbrennungsmotors.
Stabil trotz Erhitzung
Der Trick der Forschergruppe besteht darin, dass diese Batterie sich während das Ladens stark erhitzen kann. Hohe Temperaturen erleichtern eine schnelle Aufladung, führen aber bislang zum Verschleiß der Elektroden. Diese Batterie verwendet eine dünne Nickelfolie, die mit einem Ende am Minuspol befestigt ist und mit dem anderen Ende aus der Zelle herausragt, um einen dritten Pol zu bilden. Sobald Elektronen fließen, heizt sich die Nickelfolie durch den Widerstand schnell auf und erwärmt das Innere der Batterie. Sobald die Innentemperatur der Batterie 60 Grad Celsius erreicht hat, öffnet sich der Schalter und die Batterie ist bereit für eine schnelle Ladung.
Im letzten Jahr konnten die Forscher die Technik weiter verbessern. Zuerst arbeiteten sie mit einer Nickel-Kobalt-Mangan-Batterie, nun kommt Lithium-Eisen-Phosphat zum Einsatz. Die Anode besteht aus Grafit, einem ebenfalls preiswerten Material. Allein der Ersatz des Kobalts macht die Batterie bezahlbar und weitaus umweltverträglicher.
Kostenoptimierung im Fokus
"Der grundlegende Unterschied ist, dass unsere letzte Arbeit ausschließlich darauf abzielt, die Batteriekosten zu senken, damit sie für den Massenmarkt der Elektrofahrzeuge erschwinglich wird", sagte der leitende Forscher Chao-Yang Wang. "In der Tat haben wir in dieser Arbeit eine 40-kWh-Batterie geschaffen, die eine Reichweite von 400 Kilometern pro Ladung hat und dann durch eine 10-minütige Schnellladung befüllt wird. Mit anderen Worten, wir haben die bequeme, schnelle Aufladung genutzt, um die Fahrzeugbatterie zu verkleinern und die Kosten auf 3500 US-Dollar gesenkt, was auf Augenhöhe mit Benzinmotoren ist."
Die Batterie soll 300 kW Spitzenleistung erzeugen. Das reicht aus, um ein Elektrofahrzeug in drei Sekunden von 0 auf 100 km/h zu beschleunigen. Laut der Studie, die in Nature Energy veröffentlicht wurde, soll die Lebensdauer der Batterie für 3,2 Millionen Kilometer Fahrleistung ausreichen. Die Haltbarkeit, die auch weit über der von Verbrennungsmotoren liegt, würde die E-Autofahrer einer weiteren Sorge entheben. Herkömmliche Batterien müssten während des Lebenszyklus eines E-Autos mindestens einmal ausgetauscht werden, während diese Batterie mehrere Fahrzeugzellen überleben würde.
Wegen der Kombination des niedrigen Preises mit einer langen Lebensdauer wäre die Technik auch für stationäre Anwendungen etwa im Zusammenhang mit Solaranlagen bestens geeignet. Noch ist die Batterie nicht serienreif, doch mit einem funktionsfähigen Prototyp haben die Forscher um Wang aber den Bereich der Laborforschung weit hinter sich gelassen "Das ist die Art und Weise, wie wir die Umwelt verändern werden und nicht nur die Luxusautos unterstützen", sagte Wang. "Jeder soll sich Elektrofahrzeuge leisten können."
Quellen: New Atlas , Nature Energy
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