Wann kommt der "Super-Akku"?

Die Schlüsselkomponente Batterie ist als Energielieferant das zentrale Bauteil, da sie entscheidend sowohl die Reichweite als auch die Fahrzeugkosten beeinflusst. Nach wie vor finden hier Verbesserungen bei der Energie- und Leistungsdichte statt, aber auch die Zukunftstechnologie "Feststoffbatterie" nimmt langsam Gestalt an.


 

 

Weitere Verbesserungen der Lithium-Ionen-Batterien

Eine hohe Energiedichte erlaubt lange Reichweiten - eine hohe Leistungsdichte dagegen eine schnelle Leistungsabgabe. Derzeit sind keine Batterien verfügbar, die beide Eigenschaften in gleich hohem Maße aufweisen. Bei den gegenwärtigen Batterie-Generationen I und II handelt es sich um Traktionsbatteriezellen mit Kathoden, die überwiegend auf Lithium-Eisenphosphat (LFP), Lithium-Manganoxid (LMO), Lithium-Nickel -Cobalt-Aluminiumoxid (NCA) oder Lithium-Nickel-Cobalt-Manganoxid (NCM) sowie Anoden aus natürlichem Grafit oder amorphem Kohlenstoff basieren. Je nach Zellchemie können die Energiedichten von Li-Ionen Batterien zwischen 90 und 250 Wh/kg erreicht werden.

Durch den Ausbau der Generation II und durch die Verwendung der auf Kohlenstoff-Silizium basierten Anoden ist ein weiterer Fortschritt mit der Einführung der Generation III zu erwarten.
Neue Aktivmaterialien und Materialkombinationen haben weiteres Verbesserungspotenzial in Hinblick auf Energie, Leistung und Sicherheit.
Die Weiterentwicklung der Traktionsbatteriezellen der Generation IV und V (Lithium-Luft-, Lithium-Schwefel-, Metall-Luft-Batterien, Lithium-Feststoffbatterien) bietet langfristig die Chance der Vervielfachung der Energiedichte und damit der Reichweite von Elektrofahrzeugen.

Nahaufnahme Batterien.
© MEET/WWU Münster

 

 


 

 

Feststoffbatterie

Der Markt der Elektromobilität wird gegenwärtig von Lithium-Ionen-Batterien (LIB) dominiert. Die aktuelle Technologieentwicklung der Batterie zeigt den Trend hin zu Feststoffbatterien (auch Festkörperbatterie oder Solid-State-Batterie genannt) mit Li-Metallanode und Hochenergiekathode. Die Forschungsarbeiten an Feststoffbatterien laufen längst weltweit und die Technologie wird heutzutage allgemeinhin als Zukunftstechnologie bezeichnet. Im Vergleich zu herkömmlichen LIB bewegen sich die Ladungen zwischen Anode und Kathode bei Feststoffbatterien nicht durch eine Flüssigkeit, sondern durch ein festes Material wie Polymer, Keramik, Glas oder durch Hybrid.

Was sind Alleinstellungsmerkmale der Feststoffbatterie?

Aufgrund des festen Elektrolyts bieten sie mehr Sicherheit und bessere Energiedichten gegenüber der flüssigen Elektrolyte. Feststoff-Elektrolyte mit Dicken von wenigen Mikrometern dienen in Feststoffbatterie als Leitmedium für Li-Ionen zwischen positiven und einer negativen Elektroden. Dadurch sind die Feststoff-Akkus leicht zu miniaturisieren und der Auslaufgefahr des Elektrolyten beim Akku-Schaden besteht nicht. Sie haben in der Regel eine sehr lange Lebensdauer und eine gute Lagerfähigkeit. Als weiterer Vorteil ist die fehlende Entflammbarkeit, was den Verzicht auf die sonst zusätzliche Sicherheitsvorrichtung der Akkus bedeutet.

Als Nachteil der Feststoffbatterie wird die geringere spezifische Leitfähigkeit der Li-Ionen durch die Grenzflächen und die daraus niedrige Leistungsdichte definiert. Der hohe Widerstand zwischen Elektrode und Festkörperelektrolyt verhindert das Fließen hoher Ströme, was sich negativ auf die mögliche Leistung auswirkt.

Nach Expertenschätzungen sind bis zur Marktreife der Feststoffbatterie-Technologie noch einige Forschungsarbeiten zu leisten, bis der „Zukunfts-Akku“ Realität wird.

© MEET/WWU Münster
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