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Elektromobilität Neue Technologien für E-Auto-Batterien: Schneller, robuster, umweltfreundlicher

Elektroauto beim Laden
Der vollelektrischen Hyundai Ioniq 5 verfügt über eine Reichweite von 384 Kilometern
© Torsten Sukrow / Picture Alliance
Die Akkus sind das wichtigste Element bei der Elektromobilität. Um die hochsensiblen Energiespeicher fit für die Zukunft zu machen, wird in allen Bereichen geforscht. Angefangen von den Zellen und deren Produktion, über die Kühlung bis hin zum Laden.

Robust ist das neue Modewort, wenn es um Akkus und das Laden derselben geht. Denn beim Stromtanken muss alles passen, um die in den Datenblättern angegebenen Zeiten zu erreichen, denn die Akkus sind sensibel, vor allem, was die Temperatur angeht, die befindet sich beim Schnellladen bei mehr als 35 Grad Celsius. Genau da setzen die Ingenieure den Hebel an. "Die Batterie muss man behandeln wie einen Augapfel", erklärt Dr. Klaus Rechberger Leiter Elektromobilität, HV-Integration bei Porsche. Um die perfekte Temperatur zu kreieren, nutzen die Zuffenhausener die vorhandene Verlustwärme, die die Antriebe und die verschiedenen Komponenten produzieren. Das Resultat ist, dass die Batterien so auch bei kalter Witterung schneller geladen werden können.

Das Kühlen der Akkus ist ein weiteres Thema, das in die Reichweite der Elektromobile einzahlt. Hier haben sich die Mitarbeiter des Zulieferers Mahle bei den Hochleistungs-Computerrechenzentren umgeschaut und dabei das Konzept der Immersionskühlung entdeckt. Bei dieser Art der Kühlung werden die großen Akkus eines Elektroautos von einer wärmeleitenden, aber nicht elektrisch leitfähigen Flüssigkeit umschlossen. "Die Immersionskühlung macht den Weg frei für eine ganz neue Generation von Batteriesystemen", sagt Martin Berger, Leiter Konzernforschung und Vorausentwicklung bei Mahle. Klappt dieser Kniff, können die Batterien deutlich schneller Laden und das verkürzte Stromtanken ermöglicht es, die Energiespeicher kleiner ausfallen zu lassen. Außerdem altern die Akkus langsamer und auch im Schadensfall bietet der Flüssigkeitsmantel einen zusätzlichen Schutz.

Gekühlte Akkus führen zu höheren Ladeleistungen

Der Stuttgarter Zulieferer sieht das Laden der Akkus ganzheitlich. Wenn die Akkus effizient gekühlt werden, kann man auch die Ladeleistung nach oben schrauben. Dazu wollen die Schwaben die vorhandene Infrastruktur des eigenen Ladenetzes ChargeBig mit den rund 1.000 Ladepunkten nutzen. Mit dem Zusatz Power versehen sollen die Stromtankstellen in Zukunft bis zu 750 kW leisten. Das Stromnetz ist allerdings nicht unendlich belastbar. Deswegen steuert das Mahle-Ladesystem die Lastverteilung innerhalb des Stromnetzes intelligent, sodass möglichst viele E-Fahrzeuge gleichzeitig am vorhandenen Netzanschluss geladen werden können.

Bei den Batterien tut sich auch etwas. Der chinesische Zellproduzent CATL (Contemporary Amperex Technology) tüftelt an einer Natrium-Ionen-Batterie. Das Funktionsprinzip dieser Akkus entspricht dem der Lithium-Ionen, allerdings zeichnet diese Akkus aus, dass sie auch bei niedrigen Temperaturen schnell geladen werden können und generell eine hohe thermische Stabilität haben. Bei 20 Grad Celsius verfügen die Akkus noch 90 Prozent der Kapazität und können bei Raumtemperatur in 15 Minuten von null auf 80 Prozent geladen werden. Auf der Minus-Seite steht noch die Tatsache, dass die Natrium-Ionen relativ groß sind und die Energiedichte mit 160 Wh/kg noch hinter der von Top-Zellen, die 270 Wh/kg haben, bleibt.

Batterien sollen umweltfreundlicher und kosteneffizienter werden

Das Fraunhofer-Instituts für Werkstoff- und Strahltechnik IWS forscht an einem Trockenbeschichtungsverfahren, um Batterieelektroden umweltfreundlich und kosteneffizient herzustellen, indem auf giftige Lösungsmittel verzichtet wird. Wie der Name DRYtraec schon verrät, handelt es sich um ein neues Trockenbeschichtungsverfahren, bei dem kein Lösungsmittel benötigt wird, stattdessen aber ein spezieller Binder eingesetzt wird. Mithilfe zweier rotierender Walzen, von denen sich eine schneller dreht, bildet sich ein feiner Beschichtungsfilm, der danach auf eine Stromableiterfolie übertragen wird. Im letzten Schritt wird die entstandene Rolle zugeschnitten und die einzelnen Teile entsprechend gestapelt, um so die fertige Batteriezelle zu erzeugen.

Der große Zulieferer Bosch hält sich bei Forschung von Batteriezellen noch zurück, will aber in Zukunft die für die Produktion nötige Ausrüstung liefern. Was die Fahrer von Elektroautos noch mehr freuen dürfte, ist, dass die klobigen und schweren Ladekabel der Vergangenheit angehören. Die Techniker des Zulieferers haben den Lade-Ziegel entsorgt und damit auch 40 Prozent des ursprünglichen Gewichts. Das dreiphasige Kabel ermöglicht Mode-2- und Mode-3-Laden von Wechselstrom mit bis zu 22 Kilowatt.

Elektromobilität: Neue Technologien für E-Auto-Batterien: Schneller, robuster, umweltfreundlicher

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