Neue Superbatterie für Elektrofahrzeuge hält extremen Temperaturen stand: Wissenschaftler
Laut einer neuen Studie kann ein neuer Batterietyp für Elektrofahrzeuge extrem heißen und kalten Temperaturen länger standhalten.
Wissenschaftler sagen, dass die Batterien es Elektrofahrzeugen ermöglichen würden, bei kalten Temperaturen mit einer einzigen Ladung weiter zu fahren – und sie wären in heißen Klimazonen weniger anfällig für Überhitzung.
Dies würde zu weniger häufigem Laden für EV-Fahrer führen und den Batterien eine längere Lebensdauer verleihen.
Das amerikanische Forscherteam hat eine neue Substanz entwickelt, die chemisch widerstandsfähiger gegen extreme Temperaturen ist, und sie Hochenergie-Lithiumbatterien beigemischt.
„Sie benötigen einen Hochtemperaturbetrieb in Gebieten, in denen die Umgebungstemperatur dreistellig sein kann und die Straßen noch heißer werden“, sagte Seniorautor Professor Zheng Chen von der University of California-San Diego.
„In Elektrofahrzeugen befinden sich die Batteriepakete normalerweise unter dem Boden, in der Nähe dieser heißen Straßen. Außerdem erwärmen sich die Batterien allein durch einen Stromdurchgang während des Betriebs.
„Wenn die Batterien diese Erwärmung bei hohen Temperaturen nicht vertragen, lässt ihre Leistung schnell nach.“
In einem Artikel, der am Montag in der Zeitschrift veröffentlicht wurde Proceedings of the National Academy of SciencesDie Forscher beschreiben, wie die Batterien in Tests 87,5 Prozent und 115,9 Prozent ihrer Energiekapazität bei –40 Grad Celsius (–104 Fahrenheit) bzw. 50 Grad Celsius (122 Fahrenheit) behielten.
Sie hatten auch einen hohen Coulomb-Wirkungsgrad von 98,2 Prozent bzw. 98,7 Prozent, was bedeutet, dass die Batterien mehr Ladezyklen durchlaufen können, bevor sie nicht mehr funktionieren.
Dies ist einem Elektrolyten zu verdanken, der aus Lithiumsalz und Dibutylether besteht, einer farblosen Flüssigkeit, die in einigen Bereichen der Herstellung von Arzneimitteln und Pestiziden verwendet wird.
Dibutylether hilft, weil seine Moleküle Lithium-Ionen während des Betriebs leicht abgeben und die Leistung bei Minusgraden verbessern.
Außerdem kann Dibutylether Hitze problemlos standhalten, da sein Siedepunkt von 141 Grad Celsius (285,8 Fahrenheit) bedeutet, dass es bei hohen Temperaturen flüssig bleibt.
Das Besondere an diesem Elektrolyten ist, dass er mit einer Lithium-Schwefel-Batterie verwendet werden kann, die wiederaufladbar ist und eine Anode aus Lithium und eine Kathode aus Schwefel hat.
Anoden und Kathoden sind die Teile der Batterie, durch die der elektrische Strom fließt.
Lithium-Schwefel-Batterien sind ein wichtiger nächster Schritt bei EV-Batterien, da sie bis zu zweimal mehr Energie pro Kilogramm speichern können als aktuelle Lithium-Ionen-Batterien.
Dies könnte die Reichweite von Elektrofahrzeugen verdoppeln, ohne das Gewicht des Batteriepakets zu erhöhen, und gleichzeitig die Kosten niedrig halten.
Schwefel ist auch reichlicher vorhanden und verursacht weniger Umwelt- und menschliches Leid als Kobalt, das in traditionellen Kathoden von Lithium-Ionen-Batterien verwendet wird.
Typischerweise gibt es Probleme mit Lithium-Schwefel-Batterien – Schwefelkathoden sind so reaktiv, dass sie sich auflösen, wenn die Batterie läuft und dies bei höheren Temperaturen noch schlimmer wird.
Und Lithium-Metall-Anoden können nadelartige Strukturen bilden, sogenannte Dendriten, die Teile der Batterie durchbohren und einen Kurzschluss verursachen können.
Infolgedessen halten diese Batterien nur bis zu zehn Zyklen.
Der vom UC-San Diego-Team entwickelte Dibutylether-Elektrolyt behebt diese Probleme auch bei extremen Temperaturen.
Die von ihnen getesteten Batterien hatten eine viel längere Lebensdauer als eine typische Lithium-Schwefel-Batterie.
„Wenn Sie eine Batterie mit hoher Energiedichte wollen, müssen Sie normalerweise eine sehr harte, komplizierte Chemie verwenden“, sagte Chen.
„Hohe Energie bedeutet, dass mehr Reaktionen stattfinden, was weniger Stabilität, mehr Abbau bedeutet.
