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E-Autos in Minuten aufladen Wie Forscher Akkus Superkräfte verleihen

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Die Computergrafik veranschaulicht den Ionenfluss in der schnellladenden Lithium-Ionen-Batterie.

(Foto: Chao-Yang Wang Lab/Penn State University/dpa)

Lange Ladezeiten sind ein Schwachpunkt von Elektroautos. Mit ein Grund, warum die E-Revolution im Verkehr bisher auf sich warten lässt. Forscher in den USA wollen nun mit einem neuen Konzept herkömmliche Akkus in Windeseile aufladen. Dafür greifen sie zu einem Trick.

Elektroautos sollen den Verkehr klimafreundlicher machen, aber bisher führen sie noch ein Nischendasein. Das liegt unter anderem am vergleichsweise zeitraubenden Tankvorgang - beim E-Auto das Laden des Akkus. Je nach Art der Ladesäule, Akkukapazität und Ladetechnik des Fahrzeugs kann es von einer halben bis mehrere Stunden dauern, bei künftigen Modellen soll es jedoch immer schneller gehen. Elektroauto-Pionier Tesla gibt an, dass bereits jetzt an seinen Superchargern genannten Schnellladesäulen in 30 Minuten bis zu 270 Kilometer Reichweite "hinzugetankt" werden können.

Diese trotzdem noch vergleichsweise lange Lade-Zwangspause könnte ein neues Konzept aus den USA weiter reduzieren. Wissenschaftler der Pennsylvania State University in University Park wollen Elektrofahrzeuge in nur zehn Minuten so aufladen, dass sie 320 Kilometer fahren können. Der Kniff: Vor dem Aufladen wird der Lithium-Ionen-Akku kurzzeitig auf 60 Grad Celsius erhitzt, schreibt die Gruppe um Chao-Yang Wang in der Fachzeitschrift "Joule". Auch nach 2500 Ladezyklen verfüge der Akku trotzdem noch über mehr als 90 Prozent seiner ursprünglichen Kapazität.

"Schnelles Laden ist der Schlüssel für eine großflächige Einführung von Elektrofahrzeugen", sagt Wang laut Mitteilung seiner Universität. Er und seine Kollegen verwendeten Standardbatterien und -batterieteile, um ihre neue Lademethode zu testen. Deshalb betonen sie, dass ihre Technologie schnell angewendet werden könnte.

Hilfreicher Verstoß gegen die Regeln

Der Ansatz, den Akku unmittelbar vor dem Aufladen aufzuheizen, widerspreche zwar bisherigen Empfehlungen, schreiben die Wissenschaftler. Denn höhere Temperaturen beschleunigten das Altern der aufladbaren Batterie, was eine Verringerung der Ladekapazität bis hin zum Verlust der Ladefähigkeit mit sich bringen kann. Das Team reduzierte das Altern jedoch auf ein Minimum, weil die Ladephasen bei 60 Grad Celsius auf zehn Minuten begrenzt werden. Die Stromentnahme für das Fahren geschieht dann bei niedrigeren Temperaturen.

Für das gleichmäßige Aufheizen des Akkus bauten die Forscher Nickelfolie ein. Deren Widerstand gegen den Stromfluss ist so groß, dass sie schnell aufgeheizt wird und die Batterie in nur 30 Sekunden auf 60 Grad Celsius bringt. Nach Angaben der Wissenschaftler erhöht die Nickelfolie das Gewicht einer herkömmlichen Zelle nur um 1,3 Prozent und die Kosten um 0,47 Prozent. Dafür verhindert das Laden bei 60 Grad Celsius, dass Lithium an einer Elektrode zweigartige Kristallstrukturen bildet, was nach und nach die Kapazität des Akkus verringern und zu Sicherheitsproblemen führen könnte.

"Kein großer Energieaufwand"

Da aktuelle Akkus beim Schnellladen gekühlt werden müssten, sei auch der Energieaufwand nicht besonders groß, schreiben die Forscher. Wenn man von der benötigten Energie für das Aufheizen den geringeren Aufwand für das Kühlen abziehe, blieben 1,36 Prozent der Zellenenergie als zusätzlicher Energieaufwand des neuen Ladekonzepts übrig, rechnen sie vor.

Mit ihrer Versuchsbatterie erreichten sie nach 2500 Schnellladezyklen von jeweils 0 auf 80 Prozent der Kapazität noch eine Gesamtkapazität des Akkus von 91,7 Prozent. Bei dieser Anzahl an Ladezyklen könnte ein Fahrzeug mehr als 800.000 Kilometer weit fahren.

Maximilian Fichtner vom Helmholtz-Institut Ulm sieht in der Studie einen interessanten Ansatz für kürzere Ladezeiten. Zugleich warnt er vor zu viel Euphorie: "Erfahrungsgemäß sind eine Reihe von Entwicklungsschritten nötig, bis eine Batterie serienmäßig eingesetzt werden kann. Erst am Ende sieht man, was eine neue Technik tatsächlich bringt."

Quelle: ntv.de, kst/dpa