Jülicher Forscher entwickeln schnell­ladefähige Fest­körper­batterie

Forscher entwickeln schnellladefähige Festkörper-Batterie
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Lithium-Ionen-Akkus werden derzeit in allen gängigen E-Autos verbaut. Dennoch steht eine entsprechende Alternative, beziehungsweise Weiterentwicklung bereits in den Startlöchern: die Festkörperbatterie. Diese gleicht einige Nachteile herkömmlicher, gängiger Akkus aus und verzichtet so beispielsweise auf flüssige Teile, die auslaufen oder in Brand geraten könnten.

Aus diesem Grund sind sie unempfindlich gegenüber Hitze und gelten als noch deutlich sicherer, zuverlässiger und langlebiger als herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien. Bisher hatten diese Festkörperbatterien allerdings einen Nachteil, eine extrem lange Ladedauer.

Fortschritte in Japan bei Ladefähigkeit von Festkörperbatterien

Ein Team der Tohoku University und der Tokyo Tech haben in der Fachzeitschrift ACS Applied Materials & Interfaces ihre Ergebnisse zu einer in Japan hergestellten Batterie veröffentlicht. Dieser Bericht hat aufgezeigt, dass man sich dem Problem der Ladefähigkeit der Akkus ebenfalls angenommen hat.

Die Hälfte des Akkus konnte innerhalb von nur einer Sekunde geladen/entladen werden. Fisker hatte sich vorgenommen dies innerhalb weniger Minuten zu schaffen. Darüber hinaus war auch die Zyklenfestigkeit der Batterie hervorragend und zeigte auch nach 100 Lade-/Entladezyklen keine Leistungseinbußen.

Forscher des Forschungszentrum Jülich verzeichnen ebenfalls Fortschritte

Nicht nur das Team der Tohoku University und der Tokyo Tech scheinen Erfolg zu haben hinsichtlich der Weiterentwicklung von Festkörperbatterien. Auch die Forscher aus Jülich verzeichnen einen Fortschritt. Etwa 10 bis 12 Stunden dauert es üblicherweise, bis eine Festkörperbatterie wieder voll ist.

Der neue Zelltyp, den Jülicher Wissenschaftler entworfen haben, braucht dagegen weniger als eine Stunde, bis er wieder aufgeladen ist. Möglich wird dies durch die durchgängig gute Passfähigkeit der verwendeten Materialien. Alle Komponenten wurden aus Phosphatverbindungen gefertigt, die chemisch und mechanisch sehr gut zusammenpassen.

„Mit den bisher beschriebenen Konzepten waren nur sehr geringe Lade-und Entladeströme möglich, die sich auf Probleme an den internen Festkörper-Grenzflächen zurückführen lassen. Hier setzt unser Konzept an, das auf einer günstigen Kombination der Materialien beruht und das wir auch schon patentiert haben.“ – Dr. Hermann Tempel, Arbeitsgruppenleiter am Jülicher Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK-9)

In ersten Tests erwies sich die neue Batteriezelle über 500 Lade- und Entladezyklen recht stabil und verfügte danach immer noch über 84 Prozent ihrer ursprünglichen Kapazität. Es besteht allerdings noch Verbesserungspotenzial. Theoretisch sollte sogar ein Verlust von unter einem Prozent machbar sein, so das Team aus Jülich. Das Team wird weiterhin versuchen die Entwicklung voranzutreiben. Sieht die  Entwicklung aber nicht nur aus der E-Mobilitätsperspektive.

Man ist der Überzeugung, dass Festkörperbatterien sich darüber hinaus auch in weiteren Anwendungsfeldern durchsetzen werden, bei denen es auf langlebige Betriebsdauern und sicheren Betrieb ankommt, wie etwa in der Medizintechnik oder bei integrierten Bauteilen im ‚Smart Home‘ Bereich. Eventuell kann man sich auch Tipps aus Aachen holen, denn an der dortigen Hochschule Aalen forscht man an Materialien für Festkörperbatterien.

In Japan sind gar 23 Unternehmen an einem Konsortium beteiligt, darunter Panasonic, Honda, Nissan sowie Toyota. Diese möchten gemeinsam im neuen Forschungsprojekt an Kerntechnologien für Feststoff-Batterien zum Einsatz in Elektroautos arbeiten. Mit dem Ziel bis in den frühen 2020er diese zu kommerzialisieren.

In Deutschland gibt es mit dem Verbundprojekt SOLID ein ähnliches Bestreben. Betreibt man dort ebenfalls die Forschung am Herzstück der Mobilitätswende.

Quelle: Jülich Forschungszentrum – Die Mischung macht‘s: Jülicher Forscher entwickeln schnell­ladefähige Fest­körper­batterie

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