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Neue Technologie: Dieser Akku wandert nicht in den Boden, er ist der Boden

Teslas Elon Musk zeigte kürzlich ein im Fahrzeugrahmen integriertes Akku-Pack. Doch Forscher gehen noch einen Schritt weiter: Das Chassis selbst wird zur Batterie.

2 Min. Lesezeit
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Bei der strukturellen Batterie dient der Werkstoff der Karosserie als Energiespeicher. (Bild: Yen Strandqvist / Chalmers University of Technology, Sweden)

Der Trick bei der sogenannten strukturellen Batterie liegt in der Multifunktionalität des Materials. Im Moment konzentrieren sich Forscher auf spezielle Polymerverbundwerkstoffe. Sie können gleichzeitig elektrischen Strom speichern und hohen mechanischen Belastungen trotzen. Kurz gesagt: Die Hersteller bauen dann nicht die Batterie im Boden ein, sondern der Boden ist die Batterie.

Strukturelle Batterien bieten viele Vorteile

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Durch die Tiefenintegration wird der Energiespeicher unsichtbar. Der Fahrzeugrahmen besteht aus dünnen Schichten von Verbundwerkstoffen, die die Energie speichern. Damit spielt auch das Gewicht nur noch eine untergeordnete Rolle. Die Forscher verkünden zudem, dass dieses System zu höherer Sicherheit führe. Schließlich müssten die Hersteller nicht Tausende energiedichte und entflammbare Zellen in das Auto packen. Durch die neuartige Konzeption müssen strukturelle Batterien völlig andere Formen besitzen. Zudem soll die Energieeffizienz – ja nach Trägermaterial – hoch ausfallen.

US-Militär setzt Mitte der 2000er strukturelle Batterien ein

Die ersten strukturellen Batterien beim US-Militär setzten Kohlefaser als Elektroden-Material ein. Es ist sehr leicht und extrem belastungsfähig und wird daher gerne im Flugzeugbau und bei Sportwagen verwendet. Dazu speichert es problemlos Lithium-Ionen. Wer die Kohlefaser mit Eisenphosphat durchsetzt, hat auch gleich einen passenden Träger für die Kathoden parat. Die Elektroden lassen sich mit hauchdünnen Folien voneinander abtrennen. Europäische Forscher arbeiten nach Projekten im Fahrzeugbau momentan in der Flugzeugkonstruktion. Das Problem dort liegt in der Energiedichte: Ein Flugzeug mit herkömmlichen Akkus zu beladen, um damit zu fliegen, würde es so schwer machen, dass es kaum abheben könnte. Dem Sorcerer-Projekt gelang es jetzt, ein passendes Material zu entwickeln. In China will man derweil der Serienreife schon näher sein.

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Doch die ersten Serieneinsätze struktureller Batterien wird man wohl in sehr viel kleineren Geräten sehen: In den USA forscht man an ihrem Einsatz in der Mikroelektronik. Man baut sie zum Beispiel in injizierbare Ortungsgeräte für Lachse und Fledermäuse ein. Ein anderes Anwendungsgebiet liegt in der Robotik: Wissenschaftler versuchen, mithilfe struktureller Batterien natürliche Energiespeicher zu imitieren. Es ist eine Frage der Zeit, wann sie in Smartphones und -watches wandern, um dort etwa massive Gewichtseinsparungen und neue Formgebungen zu bewirken.

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Gordian Hense
Gordian Hense

Sehr guter Beitrag, wenn doch man dazu einiges Bemerken muss. Bei der Entwicklung von alltagstauglichen Produkten spielen immer die Kosten, reale Einsatzmöglichkeiten und die Machbarkeit eine grosse Rolle. Das Militär hat meist unbegrenzte Mittel zur Verfügung. Koflenstofffasern sind sehr, sehr teuer. Das weiss jeder der schon ein mal ein Kohlenstsoffverbund-Teile, z. B. am Auto, zerstört hat und es ersetzen musste. Richtig ist, dass z. B. Tesla, an seinem Battery Day, ein neues Design von Katode und Anode und die Zelle selber mit neuen Materialien und Design vorgestellt hat. Der Strom kann dort, durch das neue Design, schneller von Plus nach Minus bzw. umgekehrt wandern. So dass die neue Batterie schneller geladen aber auch entladen werden kann. Das Material und die Fertigung wurde so gewählt, dass man bei der Herstellung 90 Prozent weniger Wasser braucht und damit massive Kosten für die Trocknung einspart. Man kann aufgrund des Designs auf kleinerem Raum mehr Energiedichte unterbringen. Weniger grosse Zellen bieten mehr Leistung. Die Zellen sind so gestaltet, dass sie zusammen als „tragbares“ Element verwendet werden können. Viel weniger Zellen als früher können so zu einem Verbundelement zusammen gefügt werden und als tragendes Fahrzeugteil eingesetzt werden. Dadurch spart man Platz und Gewicht ein. Tesla reduziert damit das Gewicht und die Kosten um Faktoren und erhöht die Nachhaltigkeit. Gleichzeitig steigern sie die Energiedichte womit sich die Reichweite massiv erhöht. Das heisst in allen Punkten: Kosten, Energiedichte, Nachhaltigkeit und Umweltschutz hat Tesla damit sehr starke Fortschritte gemacht und ist damit anderen weit voraus. Wenn man die Meldungen von anderen Unternehmen vergleicht, erkennt man leicht, dass einer von diesen Kernpunkten nicht erfüllt wird. Beim Militär sind es die Kosten. Bei anderen die Umwelt u.s.w. Dennoch ist es gut, dass von vielen an den Stellschrauben zu besseren Akkus geforscht und entwickelt wird. Letztlich läuft es auf bessere, leichtere Akkus zu niedrigeren Kosten hinaus, was hilft die Elektromobilität stark zu fördern. Denn der Akku ist das Teuerste an einem E-Auto. Sinken die Preise, können sich auch viele ein E-Auto leisten, die es sonst noch nicht konnten. Es ist eine spannende und tolle Entwicklung in eine neue Welt.

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