Durchbruch in der Batterietechnologie ebnet den Weg für die Masseneinführung erschwinglicher Elektroautos

Diese 10-Minuten-Schnellladebatterie wurde für Elektroautos entwickelt. In der Blackbox auf der Oberseite befindet sich ein Batteriemanagementsystem zur Steuerung des Moduls. Bildnachweis: EC Power. Alle Rechte vorbehalten.

12. Oktober 2022

Von Adrienne Berard

UNIVERSITY PARK, Pennsylvania – Ein Durchbruch im Batteriedesign von Elektrofahrzeugen hat eine Ladezeit von 10 Minuten für eine typische Elektrofahrzeugbatterie ermöglicht. Die rekordverdächtige Kombination aus kürzerer Ladezeit und mehr gewonnener Energie für eine größere Reichweite wurde heute (12. Oktober) in der Fachzeitschrift Nature angekündigt.

„Der Bedarf an kleineren, schneller aufladbaren Batterien ist größer denn je“, sagte Chao-Yang Wang, William E. Diefenderfer-Professor für Maschinenbau an der Penn State und Hauptautor der Studie. „Es gibt einfach nicht genügend Batterien und kritische Rohstoffe, insbesondere solche aus heimischer Produktion, um die erwartete Nachfrage zu decken.“

Im August verabschiedete das kalifornische Air Resources Board einen umfassenden Plan, den Verkauf benzinbetriebener Autos im Bundesstaat einzuschränken und schließlich zu verbieten. Bis 2035 wird der größte Automobilmarkt der Vereinigten Staaten den Verbrennungsmotor praktisch aus dem Verkehr ziehen.

Wenn sich der Neuwagenverkauf auf batteriebetriebene Elektrofahrzeuge (EVs) verlagern solle, müssten laut Wang zwei große Nachteile überwunden werden: Sie seien zu langsam zum Aufladen und zu groß, um effizient und erschwinglich zu sein. Anstatt ein paar Minuten an der Zapfsäule zu verbringen, kann das Aufladen je nach Batterie bei manchen Elektrofahrzeugen den ganzen Tag dauern.

„Unsere Schnellladetechnologie funktioniert für die meisten Batterien mit hoher Energiedichte und eröffnet eine neue Möglichkeit, die Batteriekapazität von Elektrofahrzeugen von 150 auf 50 kWh zu verkleinern, ohne dass Fahrer Angst vor der Reichweite haben“, sagte Wang, dessen Labor mit einem Start-up-Unternehmen aus dem State College zusammenarbeitete EC Power soll die Technologie entwickeln. „Die kleineren, schneller aufladbaren Batterien werden die Batteriekosten und den Verbrauch kritischer Rohstoffe wie Kobalt, Graphit und Lithium drastisch senken und die Masseneinführung erschwinglicher Elektroautos ermöglichen.“

Die Technologie basiert auf interner Wärmemodulation, einer aktiven Methode der Temperaturkontrolle, um der Batterie die bestmögliche Leistung abzuverlangen, erklärte Wang. Batterien arbeiten am effizientesten, wenn sie heiß, aber nicht zu heiß sind. Für Batterieingenieure ist es eine große Herausforderung, Batterien konstant auf der richtigen Temperatur zu halten. In der Vergangenheit hätten sie sich zur Regulierung der Batterietemperatur auf externe, sperrige Heiz- und Kühlsysteme verlassen, die langsam reagierten und viel Energie verschwendeten, sagte Wang.

Wang und sein Team beschlossen, die Temperatur stattdessen im Inneren der Batterie zu regulieren. Die Forscher entwickelten eine neue Batteriestruktur, die neben Anode, Elektrolyt und Kathode als vierte Komponente eine ultradünne Nickelfolie hinzufügt. Als Stimulus reguliert die Nickelfolie selbst die Temperatur und Reaktionsfähigkeit der Batterie, was ein 10-minütiges Schnellladen bei nahezu jeder Elektrofahrzeugbatterie ermöglicht, erklärte Wang.

„Echte Schnellladebatterien hätten unmittelbare Auswirkungen“, schreiben die Forscher. „Da es nicht genügend Rohstoffe gibt, um jedes Auto mit Verbrennungsmotor durch ein Elektrofahrzeug mit 150 kWh zu ersetzen, ist schnelles Aufladen unerlässlich, damit Elektrofahrzeuge zum Mainstream werden.“

Der Partner der Studie, EC Power, arbeite an der Herstellung und Vermarktung der Schnellladebatterie für eine erschwingliche und nachhaltige Zukunft der Fahrzeugelektrifizierung, sagte Wang.

Die anderen Co-Autoren der Studie sind Teng Liu, Xiao-Guang Yang, Shanhai Ge und Yongjun Leng von Penn State sowie Nathaniel Stanley, Eric Rountree und Brian McCarthy von EC Power.

Die Arbeit wurde vom US-Energieministerium, dem US-Verteidigungsministerium, der US-Luftwaffe und der William E. Diefenderfer-Stiftung unterstützt.

Adrienne Bérard

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