Schwedische Universität setzt auf Strukturelle Batterien mit Kohlenstofffasern

Yen Strandqvist / Chalmers University of Technology

Im Bereich der Batterien für Elektroautos, Plug-In-Hybride sowie Hybrid-Fahrzeuge bleibt die Entwicklung nicht stehen. Im Gegenteil, der Erfolg der E-Mobilität hängt zu großen Teilen auch von der Weiterentwicklung der Energiesysteme ab. Als Endverbraucher möchte man sein Auto schnell und unkompliziert laden können, um im Anschluss möglichst weit damit zu fahren. Hohe Leistung, geringes Gewicht und eine ausreichende Kapazität sind daher die drei Hauptanforderungen für eine überzeugende Batterie. Kosten soll sie natürlich auch nicht zu viel.

Forschern der Chalmers University of Technology in Schweden ist es gelungen, Kohlenstofffasern als Batterieelektroden einzusetzen, die Energie direkt speichern können. Die Verwendung von Kohlenstofffasern könnte eine Lösung für die im vorherigen Abschnitt genannten Anforderungen sein. Kohlenstofffasern bringen genügend Steifigkeit mit sich und sind dennoch leicht, was zu einem geringeren Gewicht des Fahrzeugs und somit zu einer höheren Reichweite führen kann. Des Weiteren versuchen Wissenschaftler die Eigenschaften des Materials für die Energiespeicherung zu nutzen – Die Chalmers University of Technology hat dafür einen wichtigen Schritt gemacht. Die Karosserie könnte dabei selbst zur Batterie werden.

Das Team um Prof. Leif Asp am Institut für Industrie- und Materialwissenschaften hat die Mikrostruktur verschiedener Kohlenstofffasern untersucht, die bereits im Handel sind. Dabei stellten sie fest, dass die Größe und Ausrichtung der Kristalle in den Fasern wesentliche Eigenschaften bestimmen. Für Laien bedeutet dies vereinfacht ausgedrückt: Sind die Kristalle klein und schlecht ausgerichtet, beispielsweise nicht gleichmäßig in Längsrichtung, ist ihre Steifigkeit gering. Eine Erkenntnis, die nicht unbedingt neu ist. Allerdings fand man ebenfalls heraus, dass in diesem Fall die elektrochemischen Eigenschaften besonders hoch sind.

Denkt man nun einen Schritt weiter lassen sich Verbundstoffe mit entsprechenden Kohlenstofffasern dementsprechend zu strukturellen Batterien umfunktionieren. Im Umkehrschluss kam man zur Erkenntnis, dass große, stark ausgerichtete Kristalle für eine bessere Steifigkeit stehen, aber die elektrochemischen Eigenschaften zu niedrig sind. Für das schwedische Forschungsteam bestehen durch diese Erkenntnisse verschiedene Möglichkeiten, um eine hohe Energiespeicherkapazität zu erreichen und gleichzeitig eine ausreichende Steifigkeit sicherzustellen.

Dies bedeutet für Ingenieure im Fahrzeugbau, dass nun Umdenken angesagt ist, da die verschiedenen Komponenten stärker aufeinander abgestimmt werden müssen: Gewicht des Fahrzeugs, Festigkeit, Steifigkeit und elektrochemische Eigenschaften. Bislang war es zum Teil möglich, Komponenten isoliert zu betrachten. Das schwedische Forschungsteam der Chalmers University of Technology geht davon aus, dass die strukturellen Batterien nicht so effizient sein werden, wie die derzeit herkömmlichen Batterien, sie könnten aber erheblich zu einem funktionierenden Energiesystem beitragen.

Kombiniert man die neuen Erkenntnisse nun mit Ergebnissen und Forschungen aus anderen Projekten, könnte eine günstigere und dennoch leistungsfähige E-Auto-Batterie entstehen. Denn in verschiedenen Forschungsprojekten wird derzeit nach Wegen gesucht, Kohlenstofffasern aus nachwachsenden Rohstoffen herzustellen und sie günstiger zu produzieren.

Quelle: Ingenieur.de – Elektromobilität: Strukturelle Batterien mit Kohlenstofffasern

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