Für die Umstellung auf batteriebetriebene Elektrofahrzeuge (EVs) müssen zwei große Nachteile überwunden werden: Sie sind zu langsam beim Aufladen und sie sind zu groß, um effizient und erschwinglich zu sein. Anstatt ein paar Minuten an der Ladesäule zu verbringen, kann das Aufladen einiger Elektrofahrzeuge je nach Batterie den ganzen Tag dauern.

Ein Durchbruch im Batteriedesign von Elektrofahrzeugen hat eine Ladezeit von 10 Minuten für eine typische E-Batterie ermöglicht. Die rekordverdächtige Kombination aus einer kürzeren Ladezeit und mehr gewonnener Energie für eine längere Reichweite wurde in der Zeitschrift Nature beschrieben.

„Der Bedarf an kleineren und schneller aufladbaren Batterien ist größer denn je“, sagte Chao-Yang Wang, Professor für Maschinenbau an der Penn State Universität und Hauptautor der Studie. „Es gibt einfach nicht genug Batterien und kritische Rohstoffe, insbesondere solche aus heimischer Produktion, um die erwartete Nachfrage zu decken.“

Im August verabschiedete der US-Bundesstaat Kalifornien einen umfassenden Plan, um den Verkauf von benzinbetriebenen Autos innerhalb des Staates einzuschränken und schließlich zu verbieten. Bis 2035 wird der größte Automarkt in den Vereinigten Staaten den Verbrennungsmotor faktisch ausmustern.

Das Problem ist jedoch: Im schlimmsten Fall kann das Aufladen einiger Elektrofahrzeuge je nach Batterie den ganzen Tag dauern.

Unsere Schnelllade-Technologie funktioniert für die meisten energiedichten Batterien und wird eine neue Möglichkeit eröffnen, die Batterien von Elektrofahrzeugen von 150 auf 50 kWh zu verkleinern, ohne dass die Fahrer Reichweitenangst verspüren“, sagte Wang, dessen Labor mit dem am State College ansässigen Startup EC zusammenarbeitet.

„Die kleineren, schneller aufladbaren Batterien werden die Batteriekosten und den Verbrauch kritischer Rohstoffe wie Kobalt, Graphit und Lithium drastisch senken und die Masseneinführung erschwinglicher Elektroautos ermöglichen.“ Die Technologie beruht auf interner thermischer Modulation, einer aktiven Methode der Temperaturkontrolle, um die bestmögliche Leistung von der Batterie zu verlangen, erklärte Wang.

Batterien arbeiten am effizientesten, wenn sie heiß, aber nicht zu heiß sind. Batterien konstant auf genau der richtigen Temperatur zu halten, war eine große Herausforderung für die Batterieingenieure. In der Vergangenheit haben sie sich auf externe, sperrige Heiz- und Kühlsysteme verlassen, um die Batterietemperatur zu regulieren, die langsam reagieren und viel Energie verschwenden, sagte Wang.

Der Ingenieur und sein Team entschieden sich stattdessen dafür, die Temperatur im Inneren der Batterie zu regulieren. Die Forscher entwickelten eine neue Batteriestruktur, die neben Anode, Elektrolyt und Kathode als vierte Komponente eine hauchdünne Nickelfolie hinzufügt. Die Nickelfolie wirkt als Stimulus und reguliert selbst die Temperatur und Reaktivität der Batterie, was ein 10-minütiges Schnellladen bei fast jeder EV-Batterie ermöglicht, erklärte Wang.

Echte Schnellladebatterien hätten unmittelbare Auswirkungen“, schreiben die Forscher in Nature. „Da es nicht genug Rohstoffe gibt, um jedes Auto mit Verbrennungsmotor durch ein mit 150 kWh ausgestattetes Elektrofahrzeug zu ersetzen, ist das Schnellladen für Elektrofahrzeuge unerlässlich, um sich durchzusetzen."

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