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Hochenergie-Akkus Karlsruher Forscher finden Weg gegen Batterie-Alterung

Forschern des KIT in Karlsruhe ist ein Durchbruch bei Hochenergie-Akkus gelungen. Elektroautos könnten damit bald deutlich mehr Reichweite haben.
  • Holger Holzer
06.12.2019 - 12:57 Uhr Kommentieren
  • Spotpress
Hochenergie-Akkus - Forscher finden Weg gegen Batterie-Alterung Quelle: Seat
Elektroautos

Neue Akkus könnten die Reichweite deutlich erhöhen.

Karlsruhe Der Hochenergie-Akku für E-Autos rückt näher. Forschern des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) ist es nun gelungen, den chemischen Alterungsprozess zu identifizieren, der bislang die Lebensdauer derartiger Batterien beeinträchtigt. Könnte dieser ausgeschaltet oder eingeschränkt werden, wären neuartige Lithium-Ionen-Akkus mit deutlich höheren Kapazitäten als heute möglich. Die Wissenschaftler rechnen mit einer Steigerungen von rund 30 Prozent.

Die Kapazität der Batterien gilt als Schlüssel für den Durchbruch der Elektromobilität. Denn mit leistungsfähigeren Akkus kann die Reichweite erhöht oder das Gewicht der Elektroautos gesenkt werden. Die Reichweite eines E-Autos würde bei gleichbleibender Batteriegröße um rund ein Drittel zulegen.

Für Hochenergie-Varianten der Lithium-Ionen-Technologie wird in Experimenten bislang ein anderes Kathodenmaterial eingesetzt: Bislang wurden Schichtoxide mit unterschiedlichen Verhältnissen von Nickel, Mangan und Kobalt verbaut. Insbesondere die Gewinnung des Kathodenmaterials Kobalt sorgt wegen fragwürdiger Förderbedingungen immer wieder für Kritik.

In Hochenergie-Akkus kommen dagegen manganreiche Materialien mit Lithium-Überschuss zum Einsatz, was die Energiespeicherfähigkeit deutlich erhöht.

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    Allerdings hat das neue Kathodenmaterial bislang noch ein Problem: Das Schichtoxid wandelt sich nach einiger Zeit in eine Kristallstruktur mit sehr ungünstigen elektrochemischen Eigenschaften. Damit sinkt die mittlere Lade- und Entladespannung von Beginn an - was die Akkus für die Hersteller bislang unbrauchbar macht.

    Die Karlsruher Forscher haben nun aber herausgefunden, die diese Degradation minimiert werden könnte. Denn ursächlich für den schnellen Strukturen innerhalb der Batterie: „Auf Basis von detaillierten Untersuchungen des Hochenergie-Kathodenmaterials konnten wir zeigen, dass die Degradation nicht direkt, sondern indirekt über die Bildung einer bislang wenig beachteten lithiumhaltigen Kochsalzstruktur abläuft“, sagt Weibo Hua, einer der Hauptautoren der Studie. „Außerdem spielt auch Sauerstoff bei den Reaktionen eine entscheidende Rolle.“

    Die Entdeckung des Wirkmechanismus mache es möglich, nun neue Ansätze zur Minimierung der Degradation  zu testen und in die eigentliche Entwicklungsarbeit zu Hochenergie-Akkus einzusteigen, heißt es in einer Mitteilung des Instituts.

    Mehr: E-Mobilität und Energiewende sorgen für enormen Bedarf an Batterien. Forscher arbeiten daran, die Abhängigkeiten von knappen Rohstoffen zu verringern.

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