400 km in 10 Minuten: Beheizbare Batterie soll E-Mobilität in Fahrt bringen

Reichweitenangst, die Angst, dass einem Elektrofahrzeug auf halber Strecke der Strom ausgeht, könnte der Vergangenheit angehören. Eine von Ingenieuren aus Pennsylvania, USA, neu entwickelte Batterie bietet eine Reichweite von nur 400 Kilometern – soll jedoch binnen 10 Minuten aufgeladen werden können. Neu ist dabei nicht die Batterie an sich, sondern ein Zusatzelement zur aktiven Temperaturregelung.

Forscher um Professor Wang vom Lehrstuhl für Maschinenbau an der Pennsylvania State University veröffentlichten ihre Ergebnisse Mitte Januar in der Fachzeitschrift „Nature Energy“.

(K)ein Temperaturschock

„Wir haben eine ziemlich clevere Batterie für den Massenmarkt von Elektrofahrzeugen entwickelt“, erklärt Prof. Wang, „Es gibt keine Reichweitenangst mehr und diese Batterie ist erschwinglich.“ Die Kosten seien mit denen von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor vergleichbar. Je nach Fahrzeug bedeutet das eine Kostenersparnis von mehreren Tausend Euro.

Ebenfalls mit Verbrennungsmotoren vergleichbar sei die Lebensdauer der Batterie. Während Hersteller bisher um 160.000 Kilometer Laufleistung garantieren, sehen die Forscher mehr als drei Millionen Kilometer als realistisch an. Das entspricht dem Zwanzigfachen bisheriger Herstellerangaben.

Der Schlüssel liegt den Forscher zufolge in einer Batterieheizung. Das Zusatzelement ermöglicht dabei die schnelle Erwärmung auf 60 Grad Celsius, zum Laden und Entladen, beziehungsweise die Abkühlung, wenn die Batterie nicht arbeitet.

Meerwasser in der Batterie

Neben der Heizung schlagen die Forscher vor, günstigere Materialien für Kathode und Anode zu verwenden. Ihre Kathode besteht aus thermisch stabilem, Kobalt-freien Lithium-Eisen-Phosphat. Die Anode besteht aus sehr grobem Grafit, das die Forscher als sicher, leicht und preiswert beschreiben. Zudem könne man einen anderen Elektrolyten verwenden.

In diesem Feld forschen unter anderem Wissenschaftler der Universität von Houston, Texas. Ihre ebenfalls im Januar veröffentlichte Studie beschreibt eine „vielversprechende, stabile, leistungsstarke Batterie mit Meerwasser als Elektrolyt.“ Die Verwendung von Salzwasser als Elektrolyt biete damit eine weitere Möglichkeit zur Senkung der Batteriekosten.

Die selbstheizende Batterie verwendet (vorerst) einen traditionellen Elektrolyten. Neu ist hingegen 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.

Wird daran ein Strom angelegt, heizt sich die Folie durch ihren Widerstand auf und erwärmt das Innere der Batterie. Sobald die Batterie die gewünschte Temperatur erreicht hat, öffnet sich der Schalter und die Batterie ist bereit für eine schnelle Ladung oder Entladung.

„Würde sich wie ein Porsche fahren“

Aufgrund der Selbsterhitzung, so die Forscher aus Pennsylvania weiter, müssen sie sich keine Sorgen über eine ungleichmäßige Ablagerung von Lithium auf der Anode machen, die gefährliche Lithiumspitzen verursachen kann.

Statt binnen Stunden soll die Batterie zudem in zehn Minuten geladen werden können. Das „Tanken“ dauere damit nur unwesentlich länger als beim Benziner oder Diesel. „Die sehr schnelle Aufladung erlaubt es uns, die Batterie zu verkleinern, ohne Reichweitenangst zu bekommen“, so die Forscher weiter.

Laut Prof. Wang können diese kleineren Batterien beim Aufheizen eine große Menge an Strom erzeugen: 40 Kilowattstunden und 300 Kilowatt Leistung. Ein Elektrofahrzeug mit dieser Batterie könnte in drei Sekunden „von null auf hundert gehen und würde sich wie ein Porsche fahren.“ Ob man auch bei sportlicher Fahrweise 400 Kilometer weit kommt, sagten die Forscher nicht.

(Mit Material der Pennsylvania State University und der University of Houston)