Oberflächentechnologie könnte Marktchancen von E-Mobilen beträchtlich erhöhen

Zu den Problemen von Elektroautos gehört das zeitaufwendige Aufladen der Batterien: Während man ein konventionelles Auto innerhalb von Minuten an der Zapfsäule auftanken kann, müssen die meisten Elektromobile gleich eine ganze Nacht an die Steckdose. Eine Forschergruppe unter der Leitung von Gerbrand Ceder, Professor für Materialwissenschaft am Massachusetts Institute of Technology (MIT), hat nun einen Akku hergestellt, der sich innerhalb von Sekunden aufladen lässt, wie in der Fachzeitschrift Nature nachzulesen ist.

Wanderschwierigkeiten
Moderne Lithium-Ionen-Akkus besitzen eine hohe Energiedichte, das heißt, sie können große Ladungsmengen speichern. Doch die Lade- und Entladeströme sind klein, das heißt, das Aufladen dauert lange und die Akkus geben die Energie nur zögerlich wieder ab. Früher dachten die Wissenschaftler, dass die geringe Wandergeschwindigkeit der Lithium-Ionen in den Elektroden für die schlechten Lade- und Entladeraten verantwortlich wären. Doch etwa vor fünf Jahren machten Ceder und seine Kollegen eine Entdeckung: Computerberechnungen zeigten, dass sich Lithiumionen extrem schnell durch Lithium-Eisenphosphat, ein bekanntes Batteriematerial, bewegen.

Tunnelprobleme
Weitere Berechnungen zeigten, dass die Ionen sich nur dann schnell in den Stoff hineinbewegen können, wenn sie Kanäle verwenden, die von der Oberfläche in das Material hineinführen. Nur wenn sich ein Lithium-Ion an der Oberfläche direkt vor dem Eingang eines solchen Kanals befindet, dann gelangt es ohne Probleme hinein und wandert schnell. Ceder und der Nachwuchswissenschaftler Byoungwoo Kang fanden nun eine Lösung des Problems: Sie erzeugen eine Oberfläche, auf der sich die Ionen besonders schnell bewegen können. Wenn eines von den wandernden Ionen dann einen Tunneleingang erreicht, findet es sofort den Weg hinein.

Batterieaufladen in zehn Sekunden?
Mit dieser neuen Oberflächentechnik bauten die beiden Forscher eine kleine Batterie, die sich tatsächlich innerhalb von zehn bis 20 Sekunden laden oder entladen ließ. Zum Vergleich: Eine Batterie aus dem nicht behandelten Material benötigt sechs Minuten zum Laden oder Entladen. Weitere Tests zeigten, dass Batterien aus dem neuen Material ihre Speicherfähigkeit erst nach wesentlich mehr Ladezyklen verlieren als herkömmliche. Dies könnte zu kleineren und leichteren Akkus führen, da weniger Material für die gleichen Fähigkeiten gebraucht wird. Wenn man Batterien in Sekunden aufladen könnte, würde das völlig neue Möglichkeiten für Elektroautos eröffnen. Allerdings glaubt Ceder, dass die Markteinführung der Technik noch zwei oder drei Jahre dauern wird.

Bildergalerie: Schnelllade-Batterien