Deutsche Forscher finden neue Geheimwaffe für Elektroautos

Mit einem Elektroauto unterwegs zu sein, ist mit viel Fahrfreude verbunden. Aber auch mit einer oft noch geringen Reichweite. Nicht selten kommt es insbesondere auf der Langstrecke vor, dass ein E-Auto aufgrund des hohen Energieverbrauchs bei Geschwindigkeiten jenseits der 100-km/h-Schwelle nicht viel weiter als 250 bis 300 Kilometer kommt. Das kann man als lästig empfinden. Vor allem dann, wenn man möglichst schnell an sein Ziel kommen möchte. Und mit der Zeit nimmt die Reichweite sogar noch ab, weil die nutzbare Kapazität der verbauten Batterie im Laufe der Zeit abnimmt. Doch jetzt besteht Grund zur Hoffnung, denn deutsche Forscherinnen und Forscher haben eine rekordverdächtige Lithium-Metall-Batterie entwickelt.

Lithium-Metall-Batterie als Alternative zu Lithium-Ionen-Batterie

Die neue Geheimwaffe bietet laut einer Mitteilung des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) eine extrem hohe Energiedichte von 560 Wattstunden pro Kilogramm in Kombination mit einer bemerkenswert guten Stabilität. Die neuartige Lithium-Metall-Batterie wurde in Zusammenarbeit mit der Universität Ulm am Helmholtz-Institut Ulm (HIU) entwickelt. Dabei setzten die Forscher eine vielversprechende Kombination aus Kathode und Elektrolyt ein. Das Besondere: Auch nach vielen Ladezyklen bleibt die Kapazität weitestgehend erhalten. Eine deutlich längere Haltbarkeit ist die Folge.

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler sind überzeugt, dass die neue Lithium-Metall-Batterie vor allem in der Elektromobilität deutliche Vorteile gegenüber gängigen Lithium-Ionen-Batterien bietet. Sie speichert nämlich viel Energie pro Masse respektive Volumen. Ein Problem in der Fertigung, bei dem Elektrodenmaterialien mit gewöhnlichen Elektrolytsystemen reagieren, habe sich in der Forschung durch neue Materialkombinationen und die Verwendung von kobaltarmen, nickelreichen Schichtkathoden aus der Welt schaffen lassen.

Aus physikalischer und chemischer Sicht betrachtet heißt das: Die Energiedichte in neuartigen Lithium-Metall-Batterien fällt im Schnitt etwa doppelt so hoch aus wie in gängigen Lithium-Ionen-Batterien. Um das zu erreichen, sind sie mit einer Anode aus metallischem Lithium statt aus Graphit ausgestattet. Bisher beobachtete Probleme beim Wiederaufladen von Lithium-Metall-Batterien haben die Forscherinnen und Forscher am HIU beseitigen können. Und zwar durch die Verwendung von neuen Elektrolyten anstelle aktuell kommerziell erhältlicher organischer Elektrolyte (LP30).

Bei der Entwicklung ihrer neuen Lithium-Metall-Batterie verwendeten die Forscher einen schwerflüchtigen, nicht entflammbaren ionischen Flüssigelektrolyten mit zwei Anionen (ILE). Dadurch ließen sich Strukturveränderungen wie Risse an der nickelreichen Kathode wesentlich eindämmen. Der neue Elektrolyt bildet eine schützende Schicht an der Grenze zur Kathode. Mikrorissen sei es dadurch nicht weiter möglich, sich weiter auszubreiten.

Hohe Sicherheit gewährleistet

Außerdem teilte das internationale HIU-Team mit, dass auch die Sicherheit bei der neuen Lithium-Metall-Batterie gewahrt bleibe. Damit sei ein wesentlicher Schritt auf dem Weg zur kohlenstoffneutralen Mobilität gelungen. Neben dem HIU forschen auch viele andere Unternehmen weltweit an sicheren Lithium-Ionen-Batterien für Elektroautos. Doch einen Schritt weiter geht die Forschung und Entwicklung von Feststoffbatterien. Sie sind noch kompakter und versprechen eine höhere Reichweite sowie verkürzte Ladezeiten.