Forscher haben entdeckt, wie sich die Ladezeiten bei E-Autos drastisch verkürzen lassen
Lithium-Ionen-Akkus sind bislang die wichtigste Energiequelle für alles, was mobil ist und Strom braucht. E-Autos, E-Roller und auch Handys sind auf die Akkus angewiesen, in denen seltene Erden wie Kobalt enthalten sind.
Die wohl größte Schwäche heutiger Lithium-Ionen-Akkus sind die langen Ladezeiten, die der Alltaugstauglichkeit von E-Autos im Wege stehen. Darüber hinaus nimmt die Leistungsfähigkeit der Akkus ab, je öfter sie aufgeladen werden. Die verwendeten Metalle wie Kobalt sind zudem nur begrenzt vorhanden und ein Großteil dieser Seltenen Erden lagert in China. Kobalt ist für die Lebensauer, Energiedichte und Leistung eines Akkus entscheidend.
Bei einem Boom des E-Autos oder zunehmenden Handelsstreitigkeiten zwischen China und den USA könnte Kobalt noch knapper und teurer werden. Auch deshlab versuchen Forscher, Batterien zu entwickeln, die ohne Kobalt leistungsfähig und sogar schneller aufladbar sind als Lithium-Ionen-Batterien.
Kein Kobalt, hohe Lebensdauer, kurze Ladezeiten
Ein Team um Nikhil Koratkar vom Rensselaer Polytechnic Institute in New York hat nun im Wissenschaftsmagazinn „Nature Communications“ eine Studie veröffentlicht, die eine mögliche Alternative zur Lithium-Ionen-Batterie aufzeigt: Vanadiumdisulfid.
Die Metall-Schwefel-Verbindung ist leitfähig und leicht, wodurch eine hohe Energiedichte erreicht wird. Gleichzeitig verringert sich das Gewicht der Batterie, die Bauweise wird kompakter.
Bisher war Vanadiumdisulfid in technsichen Anwendungen nicht stabil, denn wenn es mit den Lithium-Ionen in Kontakt kommt, die in Batterien den Strom transportieren, zersetzt es sich zu schnell. Dieses Problem haben die Forscher nun gelöst. Eine Schicht aus Titandioxid hüllt das Vanadiumdisulfid ein, was verhindert, dass die Lithium-Ionen das Material angreifen können.
Die Technologie hat großes Potenzial für E-Autos: Auch nach 400 Ladezyklen bringt der Akku noch die gleiche Leistung, wie die Forscher in ihrem Artikel schreiben. Die Ladezeit des Akkus betrug im Labor nur wenige Minuten. Dazu sind die verwendeten Materialen vergleichsweise günstig und einfach zu gewinnen.
Russsiche Forscher bauen Akku ohne Metall
Ein Forschungsteam aus Russland setzt auf eine andere Methode. Pavel Troshin und seine Kollegen vom Skolkovo-Institut in Moskau wollen möglichst gar keine Metalle mehr für E-Auto-Batterien verwenden.
Sie haben eine Batteriezelle entwickelt, die mit einem organischen Material arbeitet, das Strom leitet. Polyphenylamin hat metallähnliche Eigenschaften, wodurch sich ebenfalls eine hohe Energiedichte erzeugen lässt.
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Das Aufladen ist noch schneller als bei Vanadiumdisulfid-Akkus : Im Laborversuch konnte die Batterie in einer halben Minute voll aufgeladen werden, wie die Forscher im „Journal of Materials Chemistry A“ schreiben. Außerdem ist der organische Stoff umweltverträglicher und leichter recyclebar als Metalle.
Noch handelt es sich bei den neuen Batterien um Prototypen aus dem Labor. Sollten es die Akkus mit Vanadiumdisulfid und Polyphenylamin auf die Straße schaffen, könnten sie der Elektromobilität den entscheidenden Vorteil verleihen und zum engültigen Durchbruch auf dem Massenmarkt verhelfen.
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