Neue Batterien Elektroautos

Neuwertige Batterien Elektroautos

An der Festbatterie arbeitet die Industrie. Und VW gründet jetzt ein neues Joint Venture. Mit neuen Ideen erhalten gebrauchte elektrische Batterien ein zweites Leben | Ridge-Signal.

Akkus für Elektroautos: Neue Alternativen zu Lithium-Batterien

Melbourne könnte die Antwort auf ein großes Elektromobilitätsproblem sein: Ein Protonenakku aus Wasserstoff und Kohle - umweltschonend und praktisch immer dabei. Bislang sind die meisten Batterien Lithium-Batterien. Es gibt sie in Tools, Computer, Handys und sogar in Elektroautos. Allerdings kommt das Metalllithium nur in wenigen Staaten vor, und die Verkaufspreise sind aufgrund der gestiegenen Anforderungen in den vergangenen Jahren stark angestiegen - nach Angaben der "Wirtschaftswoche" seit 2000 um rund 20 Prozentpunkte pro Jahr.

Derzeit beträgt der Preis für eine Lithiumtonne rund 14.000 USD (knapp 11.500 EUR). Es sind etwa drei g in einer Handybatterie und etwa 40 kg in einer Elektroautobatterie. Der von Wissenschaftlern des Royal Melbourne Institute of Technology (RMIT) vorgestellte Batterie-Prototyp könnte die Abhängigkeiten von den wenigen Lithium-Lagerstätten weltweit verändern. Hauptkomponenten dieser so genannten Protonenbatterie sind Kohle und Nass.

Während des Ladevorgangs werden Wassermoleküle durch den Aufladestrom gespalten, und die dabei freigesetzten H-Atome binden sich an eine kohlenstoffhaltige Messsonde. Wird die Batterieladung wieder freigegeben, durchströmen die H-Atome den Akkukörper und wirken mit Druckluft. Schließlich werden wieder Elektrizität und Trinkwasser produziert. Die RMIT-Prototypen haben eine Grundfläche von 5,5 Quadratzentimeter und schaffen bereits eine Leistung, die - auf die Masseneinheit bezogen - mit der einer konventionellen Lithium-Ionen-Batterie zu vergleichen ist.

Der leitende Wissenschaftler des Projekts, John Andrews, sagt: "Unser gegenwärtiger Erfolg ist ein bedeutender Fortschritt auf dem Weg zu erschwinglichen, nachhaltigen Protonenbatterien. In einem weiteren Arbeitsschritt wollen die RMIT-Forscher die Leistungsfähigkeit und Leistungsdichte der Protonenbatterie durch den Einbau hauchdünner Kohlenstoffschichten erhöhen. Es ist noch nicht bekannt, wann die Protonenbatterie zur Serienreife kommt und Elektroautos antreibt.

Neue Konstruktion ermöglicht Lithium-Luft-Batterie

Hat Lithiumbatterien wirklich etwas mit der Alltagsluft um uns zu tun? Wissenschaftler der University of Illinois in Chicago und des argonischen National Laboratory haben eine neue Lithiumbatterie für den Betrieb in einer naturbelassenen Umwelt und nach einem Rekord von 750 Lade-/Entladezyklen entworfen. "Unsere Lithium-Luft-Batteriekonstruktion bedeutet eine revolutionäre Entwicklung in der Batterieforschung", sagt Amin Salehi-Khojin, Dozent für Maschinen- und Anlagenbau.

Lithiumluftbatterien sollen bis zu fünfmal mehr Strom aufnehmen als Lithiumionenbatterien, die nahezu alle unsere Mobiltelefone, Notebooks und Elektroautos mit Strom versorg. Bei einer nur 60 kg leichten Li-Ion-Batterie kann ein Elektro-Auto bis zu 500 km weit sein. Das in der Akkumulatorenanode enthaltene Li-Ion wird mit dem Luftsauerstoff verbunden, um während der Entladephase an der Katode Lithiumperoxyd zu produzieren.

Leider konnten solche Lithiumbatterien aufgrund der Oxydation der Lithium-Anode und der Bildung von unerwünschten Nebenprodukten an der Katode, die aus der Verbindung von Lithium-Ionen mit Kohlenstoffdioxid und Dampf resultieren, nicht in einer wirklichen Umgebung mit natürlicher Luft betrieben werden. Die dabei anfallenden Abfallprodukte kleben an der Katode, die letztendlich komplett überzogen ist und nicht mehr funktioniert.

Deshalb wurden Testbatterien überwiegend in mit purem Luftsauerstoff befüllten Containern geprüft - was ihre Alltagstauglichkeit stark einschränkt und aufgrund der Brennbarkeit von Luftsauerstoff ein erhebliches Sicherheitsrisiko darstellen würde. Die Forschungsgruppe der UIC Argonne stellte sich diesen Anforderungen, indem sie eine neue Verbindung von Kathode, Elektrode und Elektroden - die drei Hauptkomponenten einer Zelle - einsetzte, um die Oxidation der Anoden und die Bildung von Koppelprodukten an der Katode zu unterdrücken.

Das bedeutet, dass die Batterien auch in der Lage sein sollten, in einer Umgebung mit natürlicher Luftzufuhr zu funktionieren. Dabei wurde die lithiumhaltige Elektrode mit einer dÃ??nnen Schicht aus Lithiumcarbonat beschichtet, die gezielt das Einsickern von Lithium-Ionen aus der Elektrode in den Elektrolyt ermöglicht und ungewollte Verunreinigungen in die Elektrode ausschlieÃ?t. Im Falle einer Lithiumbatterie ist die Katode der Ort, an dem die Druckluft in die Zelle gelangt.

Bei der Versuchsplanung von Lithium-Luft-Batterien gelangt über eine kohlenstoffhaltige, schwammähnliche Gitterkonstruktion zusammen mit allen anderen in unserer Raumluft enthaltenen gasförmigen Stoffen in den Elektrolyt. Er und seine Mitarbeiter überzogen die Gitterkonstruktion mit einem Molybdändisulfat-Katalysator und benutzten einen einmaligen Hybrid-Elektrolyten aus Ionenflüssigkeiten und Dimethyl-Sulfoxid, einem häufigen Bestandteil von Batterie-Elektrolyten, der dazu beiträgt, die Reaktionen mit Lithium-Sauerstoff zu vereinfachen und Lithium-Reaktionen mit anderen Bestandteilen zu mindern.

"Das völlige Redesign dieser Batterien durch die Umgestaltung aller Bauteile hat uns geholfen, die gewünschten Reaktionsmöglichkeiten zu schaffen und diejenigen zu verhindern oder zu blockieren, die schließlich zum Tode der Batterien führten ", sagte er. Doch die mit Abstand grösste Aufgabe liegt noch vor den Forschern: Bis eine neue Zellentechnologie wirklich den Schritt in den Markt macht, von der Erforschung zum Batteriepack im Markt oder zum Elektroauto, vergeht die Zeit.

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