Lithium-Metall-Batterie mit über 500 Wh/kg entwickelt
Aktuelle Batterien in Elektroautos besitzen typischerweise eine Energiedichte von 200 bis 250 Wh/kg, was bereits ein vergleichsweise hoher Wert ist. Stromspeicher für zu Hause liegen allenfalls bei der Hälfte dieses Werts.
Dennoch kommt eine solche Batterie mit einer praktikablen Kapazität von vielleicht 70 Wattstunden auf ein Gewicht von etwa 300 kg. Mit einer erhöhten Energiedichte ließe sich also enorm viel Masse sparen, was wiederum den Verbrauch senken und die Fahrdynamik steigern würde.
Die von der University of Science and Technology of China (USTC) in Hefei präsentierte Batterie mit einer Energiedichte von 505,9 Wh/kg könnte somit auf einen Schlag 150 kg Ballast einsparen.
Nur zum Vergleich: Bei Benzin und Diesel liegt die Energiedichte bei ungefähr 10.000 Wh/kg. Wobei der Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors erheblich schlechter ist und einmal verbrannter Treibstoff nicht einfach aufgeladen werden kann.
Molekülabstände angepasst
Möglich ist dieser dennoch hohe Wert mit einer Lithium-Metall-Batterie, die in bisherigen Experimenten jedoch weit davon entfernt blieb, überhaupt 50 Ladezyklen zu überstehen. Laut der Studie zielten die vorangegangenen Versuche auf diesem Gebiet darauf ab, die Konzentration des Elektrolyts zu erhöhen.
Deutlich anders aufgebaut ist der nun vorgestellte Akku, der bei 500 Wh/kg immerhin 130 Zyklen mit geringem Kapazitätsverlust überstand. Bei lediglich 400 Wh/kg, immer noch deutlich über kommerziellen Batteriezellen, wurden über 300 Ladezyklen erreicht.
Statt des üblichen Konzentrats mit Lithiumionen, Anionen und weiteren anorganischen Partikeln kommt eine kompakte Struktur mit einer Vielzahl von Lithiumionen zum Einsatz, die gemeinsam Elektronen transportiert und diese auch in größeren Paketen an die Anode abgibt.
In dieser deutlich umfangreicheren Struktur, die etwa 50-mal so groß ist wie bisher, liegen die Lithiumionen dichter bei einander. Etwa einhundert statt eines einzigen geben konzentriert Elektronen ab. So entsteht ein Festelektrolyt über der Anode, welches die wesentlich verbesserte Stabilität bewirkt.
Man darf sicherlich gespannt sein, wie weit sich das Prinzip noch optimieren lässt. Schließlich sind selbst 300 Aufladung noch etwas knapp. Käme man mit der Batterie 500 km weit, wäre schließlich schon nach 150.000 km mit einem Abfall der Kapazität zu rechnen.
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