Chalmers-Universität zeigt Strukturbatterie die alles bisher Dagewesene weit übertrifft

Copyright Abbildung(en): Chalmers University of Technology

Forscher der Chalmers University of Technology haben eine strukturelle Batterie hergestellt, die zehnmal besser funktioniert als alle bisherigen Versionen. Sie enthält Kohlenstofffasern, die gleichzeitig als Elektrode, Leiter und tragendes Material dienen. Mit dem neusten Forschungsdurchbruch ebne man den Weg für eine im Wesentlichen „masselose“ Energiespeicherung im Elektroauto.

Entscheidend ist vorab zu verstehen, dass im Artikel zwischen der klassischen Batterie unterschieden wird, welche in der Regel im Fahrzeugboden verbaut ist, sowie der sogenannten Strukturbatterie. Eine Strukturbatterie ist eine Batterie, die sowohl als Energiequelle als auch als Teil der Struktur – zum Beispiel in einer Autokarosserie – funktioniert. Dies wird als „masseloser“ Energiespeicher bezeichnet, zurückzuführen darauf, dass das Gewicht der Batterie im Grunde genommen verschwindet, wenn sie Teil der tragenden Struktur wird. Folgerichtig lässt sich somit das Gewicht eines E-Autos stark reduzieren, wenn diese Teil der Karosserie wird.

An der Chalmers University of Technology konzentriert man sich bereits einige Jahre auf die Forschung der Strukturbatterien, welche teilweise auf bestimmte Arten von Kohlenstofffasern zurückgreifen. Diese sind nicht nur steif und stark, sondern haben auch eine gute Fähigkeit, elektrische Energie chemisch zu speichern. Der erste Versuch, eine strukturelle Batterie herzustellen, wurde bereits 2007 unternommen, aber es hat sich bisher als schwierig erwiesen, Batterien mit guten elektrischen und mechanischen Eigenschaften herzustellen.

Forscher von Chalmers konnten in Zusammenarbeit mit der Königlichen Technischen Hochschule in Stockholm (KTH) Fortschritte bei der Strukturbatterie erzielen. So habe man eine Strukturbatterie vorgestellt, deren Eigenschaften in Bezug auf elektrische Energiespeicherung, Steifigkeit und Festigkeit alles bisher Dagewesene weit übertreffe. „Ihre multifunktionale Leistung ist zehnmal höher als bei bisherigen strukturellen Batterieprototypen“, so die Universität in der entsprechenden Mitteilung.

Die Strukturbatterie profitiert hierbei vom Zusammenspiel verschiedener Faktoren. Die Batterie hat eine Energiedichte von 24 Wh/kg, das sind rund 20 Prozent im Verhältnis zu vergleichbaren derzeit erhältlichen Lithium-Ionen-Batterien. Kombiniert mit der Tatsache, dass das Fahrzeuggewicht stark reduziert wird, wird weniger Energie benötigt, um ein Elektroauto anzutreiben, und die geringere Energiedichte führt auch zu einer höheren Sicherheit. Zudem können die Batterie mit einer Steifigkeit von 25 GPa mit vielen anderen gängigen Materialien konkurrieren.

„Frühere Versuche, strukturelle Batterien herzustellen, haben zu Zellen geführt, die entweder gute mechanische Eigenschaften oder gute elektrische Eigenschaften haben. Aber hier ist es uns gelungen, mit Hilfe von Kohlenstofffasern eine strukturelle Batterie zu entwerfen, die sowohl eine konkurrenzfähige Energiespeicherkapazität als auch Steifigkeit aufweist.“ – Leif Asp, Professor bei Chalmers und Leiter des Projekts

In einem von der schwedischen Raumfahrtbehörde finanzierten Projekt, wolle man die Leistung der Strukturbatterie noch weiter steigern. Das neue Projekt wird voraussichtlich innerhalb von zwei Jahren abgeschlossen sein. Leif Asp, der auch dieses Projekt leitet, schätzt, dass eine solche Batterie eine Energiedichte von 75 Wh/kg und eine Steifigkeit von 75 GPa erreichen könnte. Damit wäre die Batterie etwa so stark wie Aluminium, hätte aber ein vergleichsweise viel geringeres Gewicht.

„Die strukturelle Batterie der nächsten Generation hat fantastisches Potenzial. Wenn man sich die Verbrauchertechnologie anschaut, könnte es innerhalb weniger Jahre durchaus möglich sein, Smartphones, Laptops oder Elektrofahrräder herzustellen, die nur halb so viel wiegen wie heute und viel kompakter sind“, sagt Leif Asp. Und längerfristig ist es durchaus denkbar, dass Elektroautos, Elektroflugzeuge und Satelliten mit strukturellen Batterien konstruiert und betrieben werden.

Erst im vergangenen Jahr hat Tesla, im Rahmen seines Battery Day erstmalig darauf aufmerksam gemacht, dass Strukturbatterien in E-Fahrzeuge Einzug halten können. Bis wann Tesla ein serienreifes Fahrzeug mit dieser Technologie auf die Straße bringt oder die Chalmers University of Technology entsprechende, serienreife Fortschritte vorweisen kann, gilt es abzuwarten.

Quelle: Chalmers University of Technology – Big breakthrough for ’massless’ energy storage

Über den Autor

Sebastian hat Elektroauto-News.net im Juni 2016 übernommen und veröffentlicht seitdem interessante Nachrichten und Hintergrundberichte rund um die Elektromobilität. Vor allem stehen hierbei batterieelektrische PKW im Fokus, aber auch andere Alternative Antriebe werden betrachtet.

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Hat sich da ein kleiner Fehler eingeschlichen? Wie kann die Strukturbatterie mit 24Wh/kg 20% mehr Energiedichte haben als eine Standard Li-Ionen Zelle mit ca 200 Wh/kg?

„Hat sich da ein kleiner Fehler eingeschlichen?“

Hatten wir das nicht schonmal?! BTW: Selbst LFP-Akkus liegen in aktuell lieferbaren Ausführungen schon über 200 Wh/kg!

„Hat sich da ein kleiner Fehler eingeschlichen?“

Nachtrag: Ich hatte inzwischen Zeit, im Original der Göteborger Uni nachzulesen … und ja, dort steht wörtlich:

The battery has an energy density of 24 Wh/kg, meaning approximately 20 percent capacity compared to comparable lithium-ion batteries currently available.

Korrekt übersetzt heißt das aber:

„Die Batterie hat eine Energiedichte von 24 Wh/kg, das sind rund 20 Prozent im Verhältnis zu vergleichbaren derzeit erhältlichen Lithium-Ionen-Batterien.“

: Bitte Artikel im Interesse der nachfolgenden Leser anpassen!

: Bitte Artikel im Interesse der nachfolgenden Leser anpassen!“

Danke für die Korrektur!

Die Technologie wird auch gerne als cell2Pac beschrieben. Wobei es theoretisch ein etwas anderes Konzeptist, aber in der Praxis meint man wohl das gleiche und bringt diese Technik immer wieder gerne in Verbindung mit Tesla auf den Tisch. Dabei hat man dort die allerschlechtesten Voraussetzungen, denn offensichtlich setzt man mit der 4680 wieder auf eine Rundzelle.

Die Anzeige, der unter dem Artikel verlinkte Quelle, wird von meinem Adblocker verhindert, deshalb habe ich die direkte Quelle gesucht, siehe

>> https://www.chalmers.se/en/departments/ims/news/Pages/Big-breakthrough-for-%E2%80%99massless%E2%80%99-energy-storage.aspx

Tesla waren nicht die ersten die Feststoffbatterien für Elektroautos ins Gespräch gebracht haben… Da hatte der Autor wohl die Tesla Brille auf.

Wenn man es aufmerksam liest, kommt man zu dem Schluss, dass es sich um einen Vergleich zwischen dem neuen strukturellen Akku und vorherigen strukturellen Akkus handelt und nicht mit einem Standard-Lithium-Akku. Wenn man aus dem Material tragende Bauteile oder andere Karosserieteile fertigen kann, die sowieso da sind und Masse haben, könnte man damit vielleicht schon 10-20kWh Speicherkapazität unterbringen, bevor man den eigentlichen Akku einbaut, der dann entsprechend kleiner ausfallen kann. Das Beste daran ist, dass wohl nur Kohlefasern gebraucht werden. Zwischen einer 4680-Rundzelle und einer Strukturbatterie kann ich keine Gemeinsamkeiten entdecken.

Ein interessanter Gedanke die Karosserie oder einen Teil davon mit der Eigenschaft einer Batterie zu formen. Es sollte aber gewährleiset sein, das ein Austausch oder eine Reparatur möglich ist.
Meines Wissens gibt es beim BMW i3 große Probleme, nach einem Unfall sicher zu stellen, ob die Carbonkarosserie noch in einem nutzbaren Zustand ist.
Natürlich sollte es auch möglich sein bei einem Ausfall der Akkufunktion die Kapazität ohne Austausch der gesamten Karosserie wieder herzustellen.

Denkbar wäre z.B. die Akkuwanne oder einfach austauschbare Elemente (Türen und Klappen?) aus diesem Material herzustellen.

Ja, man sollte erstmal die Teile des E-Autos dafür nutzen, die einfach zu tauschen sind oder eher dem Wetterschutz dienen, hierbei könnte man das Ganze evtl. auch mit Solarzellen kombinieren.

klingt auf jeden Fall sinnvoll Karosserieteile als Speichermedium zu nutzen wenn sie tauschbar sind.

es bleibt spannend

Wie stehen denn die Fachleute auf dieser Seite zu diesem Beitrag in der Sache: https://www.golem.de/news/akkutechnik-das-maerchen-von-der-masselosen-strukturbatterie-2103-155385.html ?

Da ich zwar E-Mobilitätsinteressierter leider aber Nichttechniker bin, bin ich neugierig auf die Einschätzung von Menschen, die das besser einordnen können.

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