⚡ 12 Minuten Ladezeit, 800 km Reichweite: Technologischer Durchbruch für Elektroautos

Die nächste Generation von Batterien könnte eine entscheidende Einschränkung von Elektroautos beseitigen, dank eines cleveren chemischen Tricks, der ein langjähriges Problem löst. Forscher haben eine Lösung entwickelt, die es ermöglicht, eine Batterie schnell aufzuladen und damit lange Strecken zurückzulegen.

Lithium-Metall-Batterien unterscheiden sich von herkömmlichen Lithium-Ionen-Modellen durch die Verwendung von reinem Lithium anstelle von Graphit. Dieser Unterschied verleiht ihnen eine höhere Energiedichte, was bei gleichem Gewicht eine größere Reichweite bedeutet. Bislang wurden diese Batterien jedoch durch die Bildung von Dendriten beeinträchtigt – kristalline Strukturen, die während des Ladens entstehen und die Leistung verschlechtern.


Der Schlüssel zu diesem Fortschritt liegt in einem neuen flüssigen Elektrolyten, der entwickelt wurde, um das Wachstum von Dendriten zu verhindern. Durch die Veränderung der Kohäsion an der Lithiumoberfläche lagern sich die Ionen gleichmäßig ab, wodurch Schwachstellen vermieden werden, an denen Dendriten normalerweise entstehen. Diese Innovation wurde im Labor mit vielversprechenden Ergebnissen getestet und ermöglicht ultraschnelles Laden sowie eine längere Lebensdauer.

In Tests konnte eine Batterie in nur 12 Minuten von 5 % auf 70 % geladen werden, was 800 km Reichweite entspricht, und das über mehr als 350 Ladezyklen. Eine leistungsstärkere Version erreichte 80 % in 17 Minuten und demonstrierte damit die Robustheit der Technologie. Diese Leistungsdaten könnten Elektroauto-Fahrten revolutionieren, da die Ladezeiten mit denen eines herkömmlichen Tankvorgangs vergleichbar sind.

Diese Forschung, veröffentlicht in Nature Energy, markiert einen wichtigen Schritt zur Kommerzialisierung von Lithium-Metall-Batterien. Sie wurde von einem Team des Korea Advanced Institute of Science and Technology durchgeführt. Professor Hee Tak Kim erklärt, dass dies den Weg für eine breite Akzeptanz von Elektrofahrzeugen ebnet.

Dendriten in Batterien

Dendriten sind kristalline Auswüchse, die sich an den Elektroden von Batterien während der Lade- und Entladezyklen bilden. Sie ähneln winzigen Verzweigungen, die die internen Separatorlagen durchdringen und Kurzschlüsse verursachen können, was die Lebensdauer der Batterie verkürzt.

Ihre Entstehung wird durch ungleichmäßige Ablagerungen von Lithium-Ionen begünstigt, insbesondere bei schnellem Laden. In Lithium-Metall-Batterien ist dieses Phänomen besonders problematisch, da die Anode aus reinem Lithium empfindlicher auf solche Schwankungen reagiert.

Um dem entgegenzuwirken, untersuchen Wissenschaftler verschiedene Ansätze, wie die Zugabe von Additiven im Elektrolyt oder die Modifikation von Elektrodenmaterialien. Die hier vorgestellte neue Methode verwendet einen speziellen Elektrolyten, der die Ablagerung der Ionen homogenisiert und so Konzentrationspunkte verhindert, an denen Dendriten entstehen.

Die Energiedichte von Batterien

Die Energiedichte misst die Menge an Energie, die eine Batterie pro Gewichts- oder Volumeneinheit speichern kann. Sie wird in Wattstunden pro Kilogramm (Wh/kg) oder pro Liter (Wh/L) angegeben und ist ein Schlüsselparameter zur Bewertung der Reichweite elektronischer Geräte oder Fahrzeuge.

Standard-Lithium-Ionen-Batterien haben eine Energiedichte von etwa 150–250 Wh/kg, während Lithium-Metall-Modelle 300–500 Wh/kg erreichen können. Diese Verbesserung ermöglicht es, das Gewicht und die Größe von Batterien bei gleicher Kapazität zu reduzieren oder ihre Kapazität bei gleichem Format zu erhöhen.

Eine Erhöhung der Energiedichte erfordert oft die Verwendung leistungsfähigerer Elektrodenmaterialien, wie Lithium-Metall anstelle von Graphit. Allerdings bringt dies Herausforderungen in Bezug auf Stabilität und Sicherheit mit sich, die durch Innovationen in Chemie und Technik gelöst werden müssen.

Fortschritte in diesem Bereich könnten zu Batterien führen, die länger zwischen den Ladevorgängen halten, was Technologien wie Elektroautos für die breite Öffentlichkeit attraktiver macht.