Neue Akkus für Autos

Eine neue Batterietechnologie bestimmt den Erfolgsfaktor von Elektromobilen.

Im Jahr 2017 wurden in der Schweiz bisher nur 3303 Einheiten abgesetzt - nur 1,4 Prozentpunkte des Gesamtmarktes! Mangelnde Ladetechnik, zu kleine und kostspielige Akkus behindern den Verkauf. Allerdings bestimmen die Akkus die Reichweiten, Ladezeiten und Preise des Elektroautos. Auch ein Verbrennungsmotor muss in Zukunft nicht unbedingt als Range Extender eingesetzt werden, eine Hochenergiebatterie (z.B. Lithium-Schwefel oder Luft) reicht aus.

Aber auch wenn GM, Toyota, VW & Co. mit voller Geschwindigkeit an festen Batterien und Akkus fahren, sollten sie erst ab 2030 zur Serienreife kommen, wie die Audi Studie Aicon mit fester Batterie und 800 Kilometern Laufleistung für 2030 aufzeigt.

Mit neuen Batterietechnologien wird die Bandbreite von Elektroautos erweitert.

Mit Beginn der Elektroauto-Promotion verändert sich das Angebot an Elektroautos: BMW erweitert die Palette des BMW is3 mit einer neuen Variante von Lithium-Ionen-Batterien, ein österreichisches Unternehmen versprechen eine Bandbreite von über 400 Kilometern. 06.05.2016 - Rechtzeitig zum Beginn der Käuferprämie für Elektroautos, die im kommenden Jahr beginnen soll, macht BMW sein i3 Elektroauto noch interessanter.

Mit einer neuen Variante mit höherer Akkukapazität und entsprechender Reichweitenerhöhung wird es ab Mitte des Jahres eine neue gibt. Es wird erwartet, dass die Entfernung von 190 auf 300 km steigt - unter Laborkonditionen. Laut BMW sollte im Alltag mit hohem Einsatz anderer Funktionalitäten wie Klima oder Heizen eine realistische Reichweiten von bis zu 200 km möglich sein.

Bei der neuen i3-Batteriegeneration erhöht sich die Leistung von 22 auf 33 Megawattstunden (kWh). Bereits vor sechs Monaten hatte Nissan die Akkukapazität seines Elektromobils Leaf erhöht. Er wird nun mit einer 30 Kilowattstunde starken Batterieladung betrieben und hat eine maximale Leistung von 250 Kilometern. Inzwischen arbeitet ein österreichisches Unternehmen bereits an der Entwicklung der neuen Batteriegeneration.

Anfangs März begann Kreiselelektrik mit dem Aufbau einer neuen Batteriefabrik namens "3K One". Kreiselelektrik nutzt wie der kifornische Elektroauto-Hersteller tesla Panasonic Rundzellen, der restliche Teil der von Kreisele selbst entwickelten Akkupacks.

Elektro-Mobilität - Deutschland will die Super-Batterie

Daher wird zunehmend an einer neuen Batteriegeneration gearbeitet - Akkus, die lange hält, schnell aufgeladen wird und billiger und zuverlässiger ist als die aktuellen Geräte. Erfordert dies völlig neue Vorstellungen, sozusagen eine Umdrehung? Unglücklicherweise nicht beharrlich: "Reichweite 120 km im Hochsommer. Der Akku ist nahezu entladen, sagt das Display.

Aktiviere die Kolonne und lade den Akku auf. Ein einfaches Verfahren - kein Problem: "Es fehlt an offenen Ladestationen. Die Beschaffung der Bewilligungen für staatliche Ladestationen ist sehr aufwändig. "90 Kilometern im Hochsommer, 120 Kilometern im Hochsommer - das ist nur für den städtischen Verkehr ausreichend. Trotzdem: Das Nachladen braucht Zeit, die Produktion ist kostspielig, benötigt seltene Rohmaterialien und viel Zeit.

"Münster, das Batterieresearchzentrum MEET, wird uns noch lange beschäftigt haben. Trocknungsraum, so bezeichnen die Wissenschaftler ihr Forschungslabor, die Atmosphäre ist tausend Mal trockner als in der Sahara, sagt Biekers Mitarbeiter Tobias Placke. "Dies ist für die Montage der Akkus sehr bedeutsam, da Feuchtigkeit oder das Eindringen von Feuchtigkeit oder das Eindringen von Feuchtigkeit die Akkus beschädigt und somit sehr stark altersbedingt ist.

"Die Münsteraner Experten sind unter den rund 200 Experten, die sich um die Batterien von morgen sorgen - Batterien, die längere Zeit reichen, können rascher aufgeladen werden und sind billiger. Benötigt dies völlig neue Konzepte, eine Umdrehung? "â??Wir sind davon Ã?berzeugt, dass uns das Themas Lithium-Ionen noch lange Zeit beschÃ?ftigen wird, aber wir sind auch offen fÃ?r die Erforschung alternativer Techniken.

"â??Die Li-Ionen-Batterie ist im Wesentlichen aus zwei Stromelektroden und einem Stromelektrolyten aufgebaut. Elektrodosen sind wie ein Hotelzimmer. In den Hotelanlagen werden Lithium-Ionen als Gast akzeptiert. In diesen Häusern können diese Lithium-Ionen umschaltbar aufgefangen werden, dort in ihre Räume einziehen und dann die Häuser wieder verlassen. "Im übertragenen Sinne gibt es ein Haus, die Positivelektrode, im Valley - wenig Zeit.

Die andere Hotelanlage, die Negativelektrode, steht auf dem Berge - viel Zeit. Der Pluspol, dort migrieren die Besucher heraus und in den Minuspol. Während des Entladevorgangs, in dem die Wärmegewinne erzielt werden, verlassen die Besucher die Negativelektrode und gehen zur Positivelektrode über.

"Es muss viel Kraft in den Ladevorgang gesteckt werden - sozusagen die Kraft, um die Besucher aus dem Tunnel auf den Hügel zu bringen. Bei der Entladung, wenn die Personen von oben nach unten gleiten, wird diese wieder abgegeben und die Akkus liefern Elektrizität. Mit zunehmendem Höhensprung, je grösser die Spannungslage und je mehr Schlafplätze die Häuser haben, desto grösser ist die Batteriekapazität, desto mehr Leistung kann sie einlagern.

Energieverbrauch, Performance, Lebensdauer, Arbeitssicherheit, Preis. "Im Laufe der Zeit ist es der Wissenschaft gelungen, die Entwicklung von Li-Ionen-Akkus weiter zu verfeinern: Es handelt sich um eine Elektrode, die mehr abbaut. Elektrolyte, die das Lithium besser zwischen den einzelnen Elektrolyten hin und her leiten. "â??Wie können Akkus nicht nur durch ein entsprechendes Risikomanagement - Akkus werden im Auto verwaltet -, sondern auch durch ein passives Sicherheitskonzept so gestaltet werden, dass sie nicht verbrennen können?

Für viele ist das nicht mehr so bequem. Peter Bieker und Tobias Flacke stellen sich im MEET-Trockner vor die Anlage, mit der sie ihre Batterie-Prototypen produzieren. Ein Schlag für Elektrogeräte. Er spult die positiven und negativen Elektronen - beide in Form einer Folie - in einen kleinen Speicher, der durch den Trenner, eine Trennungsfolie, von einander abgetrennt ist.

An dieser Stelle wird die Minuselektrode, d.h. die Protonenanode, geklemmt. Unter anderem arbeiten die Münsteraner daran, die Elektrolyte der Akkus zu schonen. Tabakhändler Tobias Flacke greift eine Rolle in die Hände - das Elektromaterial. Dies könnte die Leistungsdichte und -breite der elektrischen Mobilität signifikant erhöhen. "â??Das Problem: Obwohl das Silizium viel Liqui-Speicher aufnehmen kann, expandiert es stark, dreimal so stark wie sein Volumen.

Dadurch erhältst du auch mehr Bandbreite. "Bis zu 20 Prozent Silicium nach Gewicht erscheinen möglich, sagt Placke - und damit eine respektable Kapazitätssteigerung. Eine weitere Angriffsstelle: der Elekrolyt, d.h. die Batterieflüssigkeit, die die Lithiumionen zwischen den beiden Elektronen transportiert. In Kombination mit Lithhium sind die organischen Lösungsmittel sehr ansprechbar.

Verbrannte Lithium-Batterien haben immer wieder für Aufsehen in den Medien gesorgt, sowohl in Laptops als auch in Elektroautos. "Sie haben eine sehr gute elektrische Leitungsfähigkeit, so dass sie sehr gut geeignet sind, die Lithiumübertragung durchzuführen. Die Problematik bei Festelektrolyten besteht darin, dass sie Schnittstellen aufweisen, z.B. zur Feststoffanode. "â??Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler können das Ã?berwinden, indem sie das Puder mit festem Druck gegen die beiden SchweiÃ?elektroden pressen, was den Wiederstand reduziert.

Meiner Meinung nach wird dies für die Branche von Interesse sein, gerade weil man die Arbeitssicherheit steigern kann. Sie wollen ihren Käufern nur Autos anbieten, wo sie es aussprechen können: Unser Akku ist intakt. "Und weil der Festelektrolyt die Zelle unbedenklicher machen würde, könnte auch das Speichermedium enger gepackt werden. Denn je höher die Energienutzung, umso groÃer ist die Abdeckung.

"â??Das Bestreben ist es, eine batteriebetriebene Anlage innerhalb von 20 min in einem Temperatureinsatzbereich von -40 bis +60°C auf 80 % ihrer maximalen KapazitÃ?t aufzuladen. Der Härtetest für neue Muster, sagt Tobias Sack. "Betrachtet man neue Werkstoffe, kann man verhältnismäßig rasch erkennen, ob sie standfest sind.

"Wir sind ständig bemüht, immer mehr Strom auf immer weniger Platz zu lagern. Im Gegensatz zu den heute erhältlichen Batterien dient der Schwefel nicht als Unterkunft für Lithiumionen. Vielmehr reagieren sie in chemischer Weise mit dem Liter. Dadurch kann das Li-Ion viel kompakter verpackt werden. Im übertragenen Sinne benötigen Lithiumionen keine Zimmer mehr, sondern sind so nah wie die Besucher in einem Fußballstadion.

Eine Problematik: Wir können keinen puren schwefelhaltigen Stoff einsetzen, der unbeständig wäre, sondern müssen ihn in ein Kohlegitter einwickeln. Eine weitere Schwierigkeit: Beim Ein- und Ausladen fallen Vorprodukte an, die die Akkulaufzeit verkürzen. Es könnte von besonderem Interesse für die Luft- und Raumfahrtindustrie sein, wo der Raum weniger wichtig ist als das geringstmögliche Gewichts.

"Das Gleiche trifft auf einen anderen Lösungsansatz zu, an den die Experten hohe Ansprüche stellten - die Lithium-Luftbatterie. Hierbei ist die eine aus Lithiummetall, die andere aus Porenkohle, in die ein Sauerstoffatom eingespeist wird. "Metallluft ist eindeutig ein grundlegendes Thema für mich. Tobias Flacke ging in das analytische Labor von MEET in Münster.

Nach der Zyklisierung entnimmt man die Messketten und kann sich die Elektrodenoberfläche ansehen. Wurden beispielsweise Teilchen in der Messkette auseinander gebrochen? Eine Elektrodenaufnahme, die an einen kräftig gerissenen Schwämmchen erinnernd ist. "â??Durch die Porositäten kann der Elekrolyt bis in die Tiefe in die Messkette vordringen und den Weg fÃ?r die Lithiumionen bis in die entlegensten Ecken bahnen.

"Dort kann man sehen, wie die Lithium-Ionen in die Schicht vordringen können. "Ergebnisse, die dazu beitragen, die Technologie schrittweise zu verbessern. Es geht darum, die Batterien immer besser und besser zu machen. In der Batterieproduktion wird viel Strom verbraucht, was die Umweltbilanz von Elektromobilen verschlimmert. Es wird nur sehr wenig änderbar im energiereichen Produktionsprozess sein, sagt Fichtner.

Das betrifft nicht nur Lithium: "Das betrifft vor allem das Material Kobal. Cobalt befindet sich im positiven Pol der Akkus. "Nickellegierungen sind eine offensichtliche Alternative", sagt Fichtner. Daher wird an neuen Konzepten gearbeitet - Batterien, die ohne Li-Ionen auskommen und weder Cobalt noch Nippel verbrauchen.

Natron ist das siebthäufigste Glied in der Erdrinde, und Litauen ist das 26. " Aber Natron ist im Vergleich zu Litauen reaktionsfähiger - ein Sicherheitsproblem. "Der Grund: Im Gegensatz zu Lithhium oder Sodium werden die Magnesiumionen nicht nur aufgeladen, sondern verdoppelt, so dass sie mehr Strom aufnimmt.

Wenn ich die bloßen Werte einer Magnesium-Schwefelzelle mit einer Lithium-Schwefelzelle verglich, dann könnte eine Magnesium-Schwefelzelle das Dreifache an Volumsenergie einlagern. D. h. es gibt noch Resistenzen in der Zelle, die wir im Moment nicht wirklich nachvollziehen können. Fichtner glaubt, dass dies keine gute Grundvoraussetzung für einen Marsch durch die Elektro-Mobilität in Europa ist.

"Dies sind Prüfstände für große Prüfzellen, wir können bis zu 400 Amphere Stunden lang Prüfzellen prüfen, d.h. wirklich große Prüfzellen, von denen einige bereits im Fahrzeug waren oder die in das Fahrzeug gelangen sollen. "Ein Ausdauertest für voll ausgebaute Akkus. "Der Umgang mit den kleinen Protoypen im Prüflabor ist eine Sache - der Umgang mit großen, praktischen Anlagen eine andere, sagt die Forscherin.

Unter ihm schläft kein dicker 12-Zylinder, sondern ein Panzer - Teil einer angeblich neuartigen Batterietyp, der Durchflusszellenbatterie: Die Stromzufuhr erfolgt nicht in den Elektronen, sondern im Elekrolyten, einer Salzwasserart. Anstatt den Akku für Stunden am Ende aufzuladen, genügt es ganz unkompliziert, den Akkupack wieder aufzuladen - so La Vecchia. Aber nur die Reichweite: Die schweizerische Mirakelbatterie soll 1000 km in einem einzigen Teil aushalten.

Es ist zu gut, um ehrlich zu sein - einige denken, ein Profi. Aber Tübkes Akku erfüllt eine Zelle - es ist ein Prototype, der die Leistung einer Windkraftanlage vorübergehend speichert. Dies ist der gravierende Vorteil der Durchflusszellenbatterie: Ihre Leistungsdichte ist für ein Elektromobil zu niedrig. Für Mobilfunkanwendungen ist dies nicht sinnvoll. Reale Reichweiten, das bedeutet komfortables Autofahren, Klimatisierung und dergleichen - im Jahr 2025 werden wir die 500 km leicht übertroffen haben.

Ich denke auch, dass die 700 km realisierbar sind. "â??Ich denke, wenn die Menschen sagen: "Ich kaufe keinen Wagen, ich leihe ihn, und nach zwei bis drei Jahren gebÃ?re ich ihn zurÃ?ck und fÃ?hre den nÃ?chsten mit der bessere Baterie, gehst du auf Nummer Sicher. Nun haben wir wieder genügend Reichweiten, um vom Schreibtisch aus nach Haus zu kommen.

Der Akku ist leer, die Reise kann fortgesetzt werden. Und dann habe ich die zweifache Reichweite, nämlich 250 km.