Neue Akkutechnik

Die neue Batterietechnologie

Fast zeitgleich mit den ersten Veröffentlichungen aus Italien haben US-Wissenschaftler auch neue Materialien für Lithium-Ionen-Batterien vorgeschlagen. Doch gerade hier gibt es eine Vielzahl neuer innovativer Konzepte. Die neue Batterietechnologie für Elektroautos: So machen Sie den Stromlieferanten erschwinglich

Und wie kommt der Elektrizität ins Fahrzeug? Fest steht: Die vorhandenen Lithium-Reserven reichen nicht aus, um den Pkw- und Lkw-Verkehr weltweit vollständig zu elektrisieren. Steht das Bestreben, die Erde bis 2050 auf CO?-neutral, d.h. elektrisch, zu umstellen? Gibt es keine Alternative zur derzeitigen Bereitstellung individueller MobilitÃ?t mit fossilen Energien?

Daß dies grundsätzlich möglich ist, ist keine neue Erkenntnis: Dazu strömt die Elektroenergie zunächst in eine Hydrolyseanlage, die von dort aus überträgt. Mit den h-trons ist Audi bereit, mit Brennstoffzellen zu fahren, die Marken Honda, Hyundai und Toyota haben Test-Flotten mit mehreren tausend Brennstoffzellen-Fahrzeugen im Einsatz. Das Reformverfahren ist energieintensiv, aber es gibt eine leicht zu bedienende Methaninfrastruktur: das Erdgasnetzwerk.

Auf den ersten Blick katastrophal ist die energetische Bilanz des Audi-Verfahrens: Die Wasserstoffproduktion durch Verseifung erzielt einen Nutzungsgrad von ca. 75 Prozent, gut fünf Prozentpunkte gehen bei der Methanreform zurück. Der Verbrennungswirkungsgrad des Motors entspricht dem eines heutigen Benzinmotors: Im Durchschnitt sind es rund 30 %.

Das bedeutet, dass weniger als 20 % der elektrischen Leistung für den Antrieb im Fahrzeug verbleiben. Verglichen mit dem Elektro-Antrieb mit Lithium-Batterie (60 bis 70 Prozent) geht das Modell g-tron erheblich verloren, und auch der Benzinmotor benötigt eine aufwändige Auspuffreinigung. Im Falle einer Überschussproduktion von Elektrizität ist der Nutzungsgrad jedoch von untergeordneter Bedeutung, da er eigentlich kostenlos ist.

Auch für Wasserstoffantriebe mit Brennstoffzellen, bei denen der Nutzungsgrad zumindest verdoppelt wird, kann das Vergasermodell angepasst werden. Das Herzstück der Durchflusszelle ist eine semipermeable Membrane, auf jeder Membranseite gibt es eine Elektrolytlösung, deren lonen als Ladungen durch die Membrane hindurch streuen können und so eine brauchbare Stromspannung erzeugen.

Man kann den elektrischen Vorgang rückgängig machen, d.h. durch die Beaufschlagung mit einer elektrischen Energie wandern die Elektronen in entgegengesetzter Richtung durch die Membran, die Elektrolytlösungen werden geladen. Die Durchflusszelle wird dadurch interessanter, dass die Elektrode und die Membran nicht mit dem Elektrolyten reagiert . Das Fassungsvermögen der Durchflusszelle ist nicht von den Zellenkomponenten abhängig, sondern ausschliesslich von der Elektrolytzufuhr, die aus den äußeren Flüssigkeitsbehältern erfolgt.

Die erreichbare Leistungsdichte ist jedoch für den mobilen Einsatz viel zu gering: Die Energiespeicherung beträgt max. 80 Wh pro l, so dass allein für die Batteriekapazität eines derzeitigen e-Golf (35 kWh) 440 l benötigt würden und auch eine Durchflusszelle mit einer Golfleistung sehr groß wäre. Im Jahr 2009 stellte das Institut beispielsweise ein Testfahrzeug in der Größe eines Spielzeugautos mit Durchflusszelle vor.

Den Forschern der Purdue University zufolge haben sie mehrere Erfolge erzielt: Statt toxischer Substanzen sollen "einfache" Rohmaterialien für die Elektrolyten zum Einsatz kommen; statt der Zellmembran wird ein offenporiges Material benutzt, das während des Elektroprozesses nicht angreift. Beim Einsatz im Fahrzeug können die ausgeschiedenen Elektrolyten ausgepumpt und durch aufgeladene Elektrolyten ausgetauscht werden.

Dennoch wäre es möglich, das Automobil zuhause von der Steckdose auszuladen. Nicht nur bei IFBattery, sondern auch bei der schweizerischen Firma nanoFlowcell ist die exakte Zusammenstellung der Elektrolyte das große Erfolgsgeheimnis. Nunzio La Vecchia tritt seit Jahren auf Automobilmessen auf und präsentiert unter dem Namen "Quant" Unglaubliches: in der Vergangenheit zum Beispiel ein Automobil, das ausschliesslich mit der Kraft von integrierten Solarmodulen betrieben werden sollte.

Die Quantenprototypen Quantino und Quanten-FE enthalten heute nach Angaben des Herstellers Durchflusszellen. Der Energiebedarf sollte etwa 600 Wh pro l betragen, was bedeutet, dass die Leistung der grössten Tesla-Batterie (100 kWh) mit einem praktischen 170-Liter-Tank erreicht werden kann. Der Prototyp fährt mit deutschem Kennzeichen ausschliesslich auf schweizerischen Strassen, kein Aussenseiter darf den Kraftstoff erkennen oder auch nur erahnen.

Teilweise sind die Angaben unrealistisch: Eine Version des Quantino-Prototypen soll einen 10 kWh-Puffer in Supercap-Technologie eingesetzt haben (diese Leistung in heutigen Super-Caps würde über eine tonnenschwere Last bringen), der jüngste Quantino-Prototyp soll mit 80 Kilowatt in weniger als fünf Sek. auf 100 km/h beschleunigt werden (unmöglich für ein Auto mit mehr als 1.200 kg Masse).

Bei der " großen " Quanten-FE gab der Produzent eine luxuriöse Spitzengeschwindigkeit von 380 km/h an, quantifizierte aber zugleich die Kraft der Durchflusszelle bei 30 kW. Egal ob es sich um eine ernsthafte Sache handelt oder nicht: Im Oktober 2016 konnten mehrere Autojournalisten (u.a. von der Firma Autoflowcell, der Firma Focus Online und der Firma AutoFlowcell ) die Quantenprototypen anfahren.

Grundlegende Punkte wurden bestätigt: Die Wagen werden offenbar von elektrischen Motoren betrieben, die Palette ist ausreichend für einen ganzen Tag Probefahrten auf den schweizerischen Strassen, die Wagen wurden für die Herstellung von qualitativ hochwertigen Protoypen gebaut. So kann die Durchflusszelle im Quantel jetzt über das Fahrpedal gesteuert werden, so dass ein Zwischenpuffertank nicht mehr erforderlich ist.

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