1000 Kilometer mit einer Vollladung sind eine Ansage. Zwar schafft man das, wie zuletzt der Hyundai Kona gezeigt hat, auch mit einem gängigen Lithium-Ionen-Akku – allerdings nur, wenn man im Schnitt lediglich 30 km/h pro Stunde und möglichst gleichmäßig und ohne Zusatzverbraucher wie die Klimaanlage fährt. Im normalen Alltag realistische 1000 Kilometer soll eine neue Fluorid-Ionen-Batterie (FIB) schaffen, an der aktuell ein Forscherteam der Universität Kyoto und von Toyota Motor arbeitet.
Einem Medienbericht zufolge mache das Team solide Fortschritte bei der Entwicklung der Batterietechnologie der nächsten Generation, die das Potenzial hat, viel mehr Energie in ein kleines, leichtes Gehäuse zu packen als es heutige Standard-Lithium-Ionen-Akkus vermögen: Die Fluorid-Ionen-Batterie soll etwa – bezogen auf das Gewicht – sieben mal mehr Energie speichern können als herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien. Zudem soll die neue Technologie etwa acht mal länger halten als aktuelle Batterien, wobei die Forscher allerdings leider nicht sagen, ob damit die kalendarische oder die zyklische Alterung gemeint ist. Das Team habe bereits einen Prototyp einer wiederaufladbaren Batterie entwickelt, unter der Leitung von Yoshiharu Uchimoto, Professor an der Universität Kyoto. Es verwendet eine Anode bzw. negativ geladene Elektrode aus Fluor, Kupfer und Kobalt sowie eine Kathode bzw. positiv geladene Elektrode, die hauptsächlich aus Lanthan besteht.
Die Reichweite von Elektroautos hat im Laufe der vergangenen Jahre dank stetigen Verbesserungen der Lithium-Ionen-Batterien erheblich zugenommen. Reichweiten von deutlich mehr als 500 Kilometern sind für einige E-Auto-Modelle kein Problem mehr. Mehrere Forscher und Experten sagen jedoch, dass die Energiedichte von Lithium-Ionen-Batterien theoretisch begrenzt ist, was bedeutet, dass ihre Reichweite ebenfalls nicht mehr wesentlich erhöht werden könne.
Kleinere Akkus oder mehr Reichweite möglich
Die Forscher der Universität Kyoto und von Toyota haben sich wegen ihrer theoretisch deutlich höheren Energiedichte der Fluorid-Ionen-Batterie zugewandt. Dies könnte zu zwei Entwicklungen führen: Zu kleineren und leichteren Batterien mit der gleichen Reichweite wie aktuelle Lithium-Ionen-Zellen oder mit Batterien der gleichen Größe zu einer deutlich gesteigerten Reichweite. Die Forscher haben sich bei ihrer Entwicklung für einen festen Elektrolyten entschieden anstelle der flüssigen, die normalerweise in Lithium-Ionen-Batterien verwendet werden. Ein wesentlicher Vorteil von Festkörperbatterien besteht darin, dass sie kein Feuer fangen können und deutlich sicherer sind als aktuelle Batterietechnologien.
Die größte Herausforderung besteht darin, dass Fluorid-Ionen-Batterie bisher nur bei hohen Temperaturen arbeiten. Fluoridionen sind nur dann effizient leitfähig, wenn der Festkörperelektrolyt ausreichend erwärmt wird. Dies macht Fluorid-Ionen-Batterie für viele Verbraucheranwendungen unpraktisch. Die erforderlichen hohen Temperaturen führen zudem zu dem unerwünschten Effekt, dass sich die Elektroden ausdehnen. Das Team von Kyoto University-Toyota hat jedoch herausgefunden, wie die Elektroden nicht anschwellen: Indem sie aus einer Legierung aus Kobalt, Nickel und Kupfer hergestellt werden. Das Team plant, die in der Anode verwendeten Materialien zu optimieren, um sicherzustellen, dass der Akku ohne Kapazitätsverlust geladen und entladen werden kann.
Die Japaner sind nicht die einzigen, die an Fluorid-Ionen-Batterien arbeiten. Auch Forscher des Karlsruher Institut für Technologie oder des Helmholtz-Insituts Ulm entwickeln und testen derartige Zellen. In den USA wird unter anderem am California Institute of Technology und dem NASA Jet Propulsion Laboratory an Fluorid-Batterien geforscht.
Fortschritte in der Technologie für wiederaufladbare Batterien führen nicht nur zu besseren Elektroautos. Sie können auch als allgegenwärtige Form der Speicherung von Strom aus erneuerbaren Quellen wie Solar- und Windkraft dienen und so die Gesellschaft zuverlässig mit sauberer Energie versorgen. Trotz wachsender Hoffnungen auf Fluorid-Ionen-Batterien wird es noch eine ganze Weile dauern, bis sie den Massenmarkt erreichen. Experten gehen davon aus, dass erst irgendwann in den 2030er-Jahren kommerzielle Fluorid-Ionen-Batterie verfügbar sind.
Quelle: Nikkei Asian Review – Kyoto University and Toyota test 1000 km per-charge EV battery
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