Japanische Forscher haben eine Lithium-Luft-Batterie mit einer Kapazität von rund einer Wattstunde entwickelt. Mit dieser hohen Leistung und einer längeren Lebensdauer könnte dieser Akku elektrische Reichweiten künftig an die von Verbrennern heranbringen.
Lithium-Ionen-Akkus gelten derzeit als Standard in der Elektromobilität. Sie sind vergleichsweise sicher und bieten ein effizientes Energiespeichersystem. Denn auch bei hohen Leistungsdichten erlauben sie tausende Ladezyklen.
Doch die Technologie stößt inzwischen auch an ihre Grenzen, da die Energiedichte nur noch langsam ansteigt, was wiederum die Reichweite begrenzt und das Batteriegewicht hoch hält. Auch Rohstoffabhängigkeiten, thermische Risiken wie Überhitzung und die daraus resultierende aufwendige Kühlung bilden Herausforderungen in der Elektromobilität.
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Aus diesen Gründen arbeiten Forscher weltweit an Alternativen für die Elektromobilität. Steigende Anforderungen an Reichweite, Ladegeschwindigkeit, Sicherheit und Ressourceneffizienz lassen sich mit der aktuellen Technologie nur begrenzt erfüllen.
Forscher aus Japan haben daher nun eine Lithium-Luft-Batterie entwickelt, die in Zukunft Lithium-Ionen-Akkus als Standard in der Elektromobilität ersetzen könnten. Denn laut den Forschern gelten die Lithium-Luft-Batterien als „ultimative wiederaufladbare Batterien“.
Können E-Autos mit der Lithium-Luft-Batterie Reichweiten von Verbrennern erreichen?
Die Wissenschaftler vom National Institute for Materials Science (NIMS) konnten bei ihrer Arbeit drei Schwachstellen bisheriger Lithium-Luft-Batterien eliminieren. So konnten Leistung, Lebensdauer und Stabilität gesteigert werden.
Die von den Forschern entwickelte Lithium-Luft-Batterie nutzt den Sauerstoff aus der Luft. Dieser strömt durch neu angeordnete Kanäle gleichmäßig in die Batterie, wodurch die chemischen Reaktionen stabilisiert werden konnten. So konnten die Forscher die Energiedichte des Akkus erheblich steigern.
Auch eine Wärmebehandlung der Elektrode konnte zu dem erfolgreichen Testlauf der Batterie beitragen. Dabei haben die Forscher den enthaltenen Kohlenstoff auf rund 2100 Grad Celsius erhitzt. Es entstand eine beständigere Struktur, die der Batterie mehr Stabilität bringt.
Forschung steht noch am Anfang
Die Forscher haben für ihre Tests einen Prototypen einer gestapelten Lithium-Luft-Batterie verwendet. Dieser enthielt Elektroden mit einer Größe von vier mal vier Zentimetern und konnte eine Kapazität von bis zu einer Wattstunde erreichen.
Der Prototyp konnte 19 Auf- und Endlade-Zyklen ohne Verluste durchlaufen. Erst danach ließ die Leistung des Systems nach. Für die Forscher stellt dies „eine bemerkenswerte Stabilität für diese frühe Entwicklungsphase“ dar.
Pro Kilogramm konnte die Prototyp-Zelle eine Energiedichte von 130 Wattstunden erreichen. Das ist nahezu das Doppelte im Vergleich zu herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien.
Die Forscher gehen davon aus, dass künftig Energiedichten von mehr als 700 Wattstunden pro Kilogramm mit dieser Technologie möglich wären. Damit könnten E-Autos theoretisch auch an die Reichweite von Verbrennern heranreichen.
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