Batterietechnologien 2021: Ein Überblick

Stellen Sie sich ein Elektrofahrzeug mit einer Batterie vor, die innerhalb von Sekunden aufgeladen wird und monatelang hält. Klingt das nicht zu schön, um wahr zu sein? Vielleicht ist das gar nicht so abwegig.

Zwar werden die aktuellen technischen Geräte immer besser, doch ihre Leistung bleibt eine Baustelle. Große Technologie- und Fahrzeughersteller sind sich der Grenzen von Lithium-Ionen-Batterien durchaus bewusst. CPUs und Betriebssysteme werden Schritt für Schritt energieeffizienter, aber die Akkulaufzeit eines Smartphones ist immer noch auf ein oder zwei Tage begrenzt, bevor es wieder aufgeladen werden muss. Es wird zwar noch etwas dauern, bis beispielsweise unsere Handys eine Akkulaufzeit von einer Woche haben, aber es werden Fortschritte in die richtige Richtung gemacht.

Nawa

Nawa Technologies beispielsweise hat eine ultraschnelle Kohlenstoffelektrode entwickelt und patentiert, die nach Angaben des Unternehmens das Batteriegeschäft verändern wird. Sie verwendet ein vertikal ausgerichtetes Kohlenstoff-Nanoröhrchen-System, das laut Nawa die Batterieleistung um das Zehnfache, die Energiespeicherung um das Dreifache und die Batterielebensdauer um das Fünffache steigern kann. Laut Nawa könnte eine Reichweite von 1000 Kilometern zur Norm werden, bei einer Ladezeit von nur fünf Minuten, um 80 % zu erreichen.

Svolt

Svolt, ein chinesisches Unternehmen mit Sitz in Changzhou, hat angekündigt, mit der Produktion von kobaltfreien Batterien für den Elektrofahrzeugsektor zu beginnen. Svolt ist der Ansicht, dass die Batterien nicht nur weniger seltene Erdmetalle enthalten, sondern auch eine bessere Energiedichte aufweisen, was zu Reichweiten von bis zu 800 Kilometern für Elektroautos führen könnte, sowie eine längere Lebensdauer und Sicherheit der Batterien. Wo genau die Batterien verkauft werden, ist nicht bekannt, aber das Unternehmen behauptet, dass es mit einem bekannten europäischen Hersteller zusammenarbeitet.

Monash University in Australien

Forscher der Monash University haben eine Lithium-Schwefel-Batterie entwickelt, die die Lithium-Ionen-Batterie übertrifft und ein Smartphone fünf Tage lang mit Strom versorgen kann. Die Batterie wird derzeit gebaut, patentiert und ist für die Hersteller von besonderem Interesse, da die Gruppe Mittel für weitere Studien erhalten hat, insbesondere für Fahrzeuge und die Netznutzung.

IBM

Laut IBM-Forschern wurde eine neue Batteriechemie entdeckt, die frei von Schwermetallen wie Nickel und Kobalt ist und Lithium-Ionen-Batterien in vielerlei Hinsicht übertreffen könnte, u. a. durch niedrigere Produktionskosten, kürzere Ladezeiten und eine höhere Leistungs- und Energiedichte. Die Komponenten könnten aus Meerwasser hergestellt werden, und das Unternehmen arbeitet mit Mercedes-Benz und anderen an diesem Projekt.

Panasonic

Panasonic hat ein neues Batteriemanagementsystem entwickelt, mit dem sich der Restwert von Lithium-Ionen-Batterien leichter überwachen und berechnen lässt. Nach Angaben des Unternehmens kann die neue Technologie durch eine Anpassung des Batteriemanagementsystems schnell angewendet werden, was die Überwachung und Bewertung von Batterien mit mehreren Stapelzellen, wie sie in Elektrofahrzeugen verwendet werden, erleichtert. Das Unternehmen leistet einen Beitrag zum Kampf für Nachhaltigkeit, indem es sich auf ein besseres Management der Wiederverwendung und des Recyclings von Lithium-Ionen-Batterien konzentriert.

Sila Nano

Eine Lademethode, die uns näher an eine extreme Aufladung (xfc) bringt, verspricht ein Hersteller mit einer 400-kW-Ladung in rund 10 Minuten eine Reichweite von 200 Meilen erzielen. Die Lithiumbeschichtung ist eines der Probleme beim Aufladen. Daher wird bei der asymmetrischen Temperaturmodulation mit einer höheren Temperatur geladen, um die Ablagerung zu verringern, allerdings nur für jeweils 10 Minuten, um die Bildung einer festen Elektrolytschicht zu vermeiden, die die Lebensdauer der Batterie verkürzt. Den Berichten zufolge verringert diese Strategie die Degeneration der Batterie und ermöglicht gleichzeitig eine xfc-Ladung. Der in einem Smartphone verwendete Akku ist zwar immer noch ein Lithium-Ionen-Akku, aber die Anoden bestehen aus Silizium und nicht aus Graphit, wodurch der neue Lithium-Ionen-Akku dreimal so leistungsfähig ist wie die derzeitigen Lithium-Ionen-Akkus auf Graphitbasis.

Sila Nano ist ein Unternehmen für Batterietechnologie, das von Daimler und BMW eine Finanzierung erhalten hat, um diese Methode auf den Markt zu bringen. Nach Angaben des Unternehmens kann seine Technologie in die bestehende Lithium-Ionen-Batterieproduktion integriert werden, was einen skalierbaren Einsatz mit einer Leistungsverbesserung von erst 20 % und 40 % in nicht allzu ferner Zukunft ermöglicht.

Universität von Kalifornien

Forscher an der Universität von Kalifornien haben Nanodrahtbatterien entwickelt, die eine Vielzahl von Aufladungen verkraften. Infolgedessen müssen die Batterien in Zukunft möglicherweise nicht mehr nachgeladen werden. Nanodrähte, die 1.000 mal dünner sind als ein menschliches Haar, haben das Potenzial, die Batterietechnologie zu verändern, aber sie sind anfällig für Störungen beim Aufladen. Um dieses Problem zu umgehen, verwendeten die Forscher Gold-Nanodrähte und einen Gelelektrolyten. Nachdem sie in drei Monaten mehr als 200.000 mal geprüft worden waren, zeigten sie keine Anzeichen einer Verschlechterung.

Toyota

Toyota’s Forscherteam hat einen Bericht über ihre Forschungen zu Sulfid- superionischen Leitern in Feststoffbatterien veröffentlicht. All dies führt zu einer besseren Batterie mit Superkondensatorwerten und Lade- oder Entladezeiten von weniger als 7 Minuten. Da es sich um eine Feststoffbatterie handelt, sollte sie bei Temperaturen von bis zu -30 Grad Celsius und bis zu 100 Grad Celsius funktionieren können.

Grabat

Graphen hat in letzter Zeit aufgrund seines Potenzials, das beste Material auf dem Markt zu sein, an Bekanntheit gewonnen. Grabat hat Graphen-Batterien entwickelt, die es Elektroautos ermöglichen könnten, mit einer einzigen Ladung 500 Meilen zurückzulegen. Die Batterien können in nur wenigen Minuten auf volle Kapazität aufgeladen werden und laden und entladen sich laut Graphenano 33 Mal schneller als Lithium-Ionen-Batterien. Für Autos, die viel Energie für einen schnellen Betrieb benötigen, ist diese Ladung entscheidend. Derzeit gibt es keine Informationen darüber, ob die Batterien des Unternehmens in irgendwelchen Geräten verwendet werden.

Prieto Battery

Die Erfinder von Prieto Battery sind der Meinung, dass 3D-Batterien der Weg in die Zukunft sind und dass das Unternehmen ein Problem mit seiner Kupferschaumsubstrat-Batterie gelöst hat. Das bedeutet, dass die Batterie länger hält, schneller aufgeladen werden kann, eine höhere Dichte hat, weniger teuer in der Herstellung ist und kleiner ist als die derzeitigen Angebote ist. Das Unternehmen beabsichtigt, Batterien in kleinere Geräte, wie Wearables, einzubauen.

Abschließende Überlegungen

Auch wenn es noch Jahrzehnte dauern kann, bis eine dieser Batterien in Serie produziert werden kann, sind die bisher erzielten Fortschritte recht ermutigend. Moderne technische Durchbrüche werden ein neues Zeitalter für die Automobilbranche einläuten, insbesondere auf dem Markt für Elektrofahrzeuge, wo Unternehmen wie Tesla bereits erhebliche Innovationsfortschritte erzielen.

Authors:

Anna Kilischekow

Arne Siegner