Konventionelle Lithium-Ionen-Akkus werden aktuell in den meisten Elektroautos eingesetzt. Ihre Massenproduktion ist erprobt und wird immer kostengünstiger.

Der Haken an der etablierten Lösung – das Laden dauert verhältnismäßig lange. Ein Forschendenteam aus Batterieexperten der Pennsylvania State University im gleichnamigen US-Bundesstaat hat nun eine einfache Änderung im Produktionsprozess vorgeschlagen, der Standardakkus weitaus leistungsfähiger machen würde.

Würden die Batterien nämlich mit einer innen liegenden Nickelfolie versehen, könnten die Batterien schneller Wärme entwickeln und würden auf diese Weise effektiver zu laden sein, versprechen die Forschenden. Das könnte eine wirtschaftlich attraktive Alternative zu teureren Akkus aus anderen Materialien, wie etwa Festkörperbatterien, sein.

In einer jüngst in Nature veröffentlichten Studie zeigen sie, dass um Nickelfolie ergänzte Standardbatterien eine auf ein Drittel verkürzte Ladezeit hätten als jene ohne diesen Zusatz. Studienleiter Chao-Yang Wang ist sich sicher:

„Lithium-Ionen-Batterien können durch eine einfache Anpassung der Batteriematerialien bei höheren Temperaturen sehr stabil und sicher sein – [und] höhere Temperaturen ermöglichen uns eine Schnellladefähigkeit“.

Für die neue Studie experimentierten die Forschenden mit einer Lithium-Ionen-Batterie, die bei voller Aufladung eine Reichweite von etwa 560 Kilometern hat. In der Testkonfiguration würde das Laden dieser Batterie auf 70 Prozent rund eine halbe Stunde dauern.

Durch das Hinzufügen einer ultradünnen Nickelfolie im Inneren der Batterie konnte die Ladezeit bei ansonsten gleichen Bedingungen auf knapp elf Minuten reduziert werden. Eine weitere Minute Laden führte sogar zu einem Ladestand von 75 Prozent.

„Wenn wir mit einer Akkuladung 310 Kilometer zurücklegen, können wir anhalten und auf die Toilette gehen. Zehn Minuten später ist das Fahrzeug wieder aufgeladen und bereit für weitere 310 Kilometer Fahrt. Auf diese Weise gibt es also keine Reichweitenangst,“ zeigt sich Studienleiter Wang überzeugt.

Dabei geht es ihm und seinem Team vor allem darum, dass Hersteller statt der bisherigen Batteriekapazitäten nur noch halb so große Akkus einsetzen. Das würde die Preise senken und die Marktdurchdringung beschleunigen, meint Wang und verweist darauf, dass gleichzeitig Ladevorgänge von wenigen Minuten Dauer möglich wären, die kaum einen Unterschied zum bisher üblichen Tanken darstellen würden.

„Herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien werden für tragbare Elektronikgeräte für Menschen entwickelt – daher haben Wissenschaftler und Entwickler große Angst vor Hitze“, sagt Wang. „Wir haben uns gegen diese traditionelle Denkweise gestellt.“

Denn wahr sei ebenso, dass Batterien am besten funktionieren, wenn sie heiß – aber nicht zu heiß – sind. Anstatt teurer externer Kühlsysteme nutzte Wangs Team Nickelfolie zur Regulierung der Batterietemperatur von innen.

Die Batterie überstand in den Tests mehr als 900 Zyklen, wenn sie zu 75 Prozent aufgeladen wurde, was einer Reichweite von etwa 402.000 Kilometern entspräche. Wurde sie auf lediglich 70 Prozent geladen, hielt sie sogar etwa 2.000 Zyklen durch, was einer Reichweite von etwa 804.000 Kilometern entspräche. Zu beachten ist dabei, dass die Lebensdauer so berechnet wurde, als wäre jede Ladung eine Schnellladung, was in der Realität eher nicht der Fall sein wird und so zu einer noch höheren Lebensdauer führt.

Wangs Labor kooperiert bei der Entwicklung der Technologie mit dem Startup EC Power. Das Unternehmen arbeitet nun an der Herstellung und Kommerzialisierung der Schnellladebatterie.

In Zukunft „möchten wir erreichen, dass Batterien mit ultrahoher Energiedichte in fünf Minuten zu 80 Prozent aufgeladen werden können. Das wird den Verbrauchern ein ähnliches Erlebnis bieten wie das Tanken von Benzin“, sagt Wang und ergänzt:

„Wir glauben, dass wir die wissenschaftliche Grundlage für dieses ultimative Ziel gelegt haben. Jetzt müssen wir nur noch stabilere Materialien und unsere Strategie zur Wärmemodulation feinabstimmen.“