Neue Batterietechnologie mit großem Potenzial entwickelt

Forscher der Chalmers University of Technology in Schweden (Göteborg) haben in Kooperation mit dem KTH Royal Institute of Technology in Stockholm eine Strukturbatterie hergestellt, die die zehnfache Leistung früherer Versionen bringen soll. Die neu entwickelte Batterie enthält Kohlefaser, die gleichzeitig als Elektrode, Leiter und tragendes Material dient. Dieser jüngste Durchbruch soll den Weg für eine im Wesentlichen „masselose“ Energiespeicherung in Fahrzeugen und anderen Technologien ebnen.  

Die Batterien heutiger Elektroautos machen einen großen Teil des Fahrzeuggewichts aus, ohne eine tragende Funktion zu erfüllen. Eine Strukturbatterie hingegen ist eine Batterie, die sowohl als Stromquelle als auch als Teil der Struktur fungiert - beispielsweise in einer Karosserie. Dies wird als „masseloser" Energiespeicher bezeichnet, da das Gewicht der Batterie im Wesentlichen verschwindet, wenn sie Teil der tragenden Struktur wird. Berechnungen ergeben, dass diese Art von multifunktionaler Batterie das Gewicht eines Elektrofahrzeugs erheblich reduzieren kann.

Die Entwicklung von Strukturbatterien an der Chalmers University of Technology wurde über viele Jahre hinweg vorangetrieben. So forschten die Wissenschaftler bereits früher an bestimmten Kohlenstofffasern, welche nicht nur widerstandsfähig sind, sondern auch elektrische Energie chemisch speichern können. Diese Forschungsarbeit wurde von Physics World, einer englischsprachige Mitgliederzeitschrift des Institute of Physics, als einer der zehn größten wissenschaftlichen Durchbrüche im Jahr 2018 genannt.

Die Batterie habe eine Energiedichte von 24 Wattstunden pro Kilogramm, was einer Kapazität von ungefähr 20 Prozent im Vergleich zu aktuell erhältlichen und vergleichbaren Lithium-Ionen-Batterien entspricht. Da jedoch das Gewicht der Fahrzeuge stark reduziert werden könne, werde zum Beispiel für den Betrieb eines Elektroautos weniger Energie benötigt, und eine geringere Energiedichte führe zudem zu erhöhter Sicherheit. Die Strukturbatterie könne durch ihre physische Stabilität mit vielen anderen häufig verwendeten Baumaterialien mithalten.

„Frühere Versuche, Strukturbatterien herzustellen, haben zu Zellen mit entweder guten mechanischen oder guten elektrischen Eigenschaften geführt. Hier ist es uns jedoch gelungen, mithilfe von Kohlefasern eine Strukturbatterie mit wettbewerbsfähiger Energiespeicherkapazität und Widerstandsfähigkeit zu entwickeln “, erklärt Leif Asp, Professor an der Chalmers University und Projektleiter.

Jetzt läuft ein neues Projekt, das von der schwedischen Weltraumbehörde finanziert wird und bei dem die Leistung der Strukturbatterie noch weiter gesteigert werden soll. Die Aluminiumfolie wird durch Kohlefaser als tragendes Material in der positiven Elektrode ersetzt, was sowohl eine erhöhte Widerstandsfähigkeit als auch eine höhere Energiedichte bieten soll. Der Ladevorgang soll schneller ablaufen. Das neue Projekt soll voraussichtlich innerhalb von zwei Jahren abgeschlossen werden.

Leif Asp, der auch dieses Projekt leitet, schätzt, dass eine solche Batterie eine Energiedichte von 75 Wattstunden pro Kilogramm und die dreifache physische Stabilität erreichen könnte. Dies würde die Batterie ungefähr so ​​widerstandsfähig wie Aluminium machen, aber mit einem viel geringeren Gewicht.

„Die Strukturbatterie der nächsten Generation hat ein fantastisches Potenzial. Wenn Sie sich die Verbrauchertechnologie ansehen, könnte es durchaus möglich sein, innerhalb weniger Jahre Smartphones, Laptops oder Elektrofahrräder herzustellen, die halb so schwer sind wie heute und viel kompakter “, sagt Leif Asp. Langfristig sei es durchaus denkbar, dass Elektroautos, Elektroflugzeuge und Satelliten mit Strukturbatterien konstruiert und betrieben werden.

„Wir sind hier wirklich nur durch unsere Vorstellungskraft eingeschränkt. Wir haben im Zusammenhang mit der Veröffentlichung unserer wissenschaftlichen Artikel auf diesem Gebiet viel Aufmerksamkeit von vielen verschiedenen Unternehmen erhalten. Es besteht verständlicherweise ein großes Interesse an diesen leichten, multifunktionalen Materialien “, sagt Leif Asp.

Den vollständigen Artikel können Sie in der wissenschaftlichen Zeitschrift „Advanced Energy & Sustainability Research“ in englischer Sprache lesen.