Bei der Kältewelle haben es die Besitzer von Elektro- und Hybridfahrzeugen zu spüren bekommen: Bei großer Kälte lässt die Leistung von Lithium-Ionen-Batterien rasch nach. Chinesische Forscher stellen Abhilfe in Aussicht.
Eine auch bei minus 70 Grad noch gut funktionierende wiederaufladbare Batterie haben chinesische Wissenschaftler entwickelt. Selbst bei dieser tiefen Temperatur stellt der Akku noch 70 Prozent der Leistung bereit, die er bei Zimmertemperatur aufweist.
Allerdings ist die Energiedichte recht gering: Sie liege niedriger als bei den klassischen Autobatterien auf Blei-Säure-Basis, berichten Yongyao Xia und seine Kollegen von der Fudan University in Shanghai (China) im Fachmagazin "Joule".
Neu entwickelte Batterien noch keine Konkurrenz
Bei minus 40 Grad behalten Lithium-Ionen-Akkus mehreren Studien zufolge nur noch etwa 12 Prozent der Leistung bei, die sie bei Zimmertemperatur zeigen. Um dieses Problem zu lösen, gibt es verschiedene Ansätze: Eine Möglichkeit sind Zusätze im Elektrolyten, jener Flüssigkeit, in der die elektrisch geladenen Teilchen sich bewegen.
Ein anderer Weg führt über die Isolierung und äußerliche Erwärmung der Lithium-Ionen-Zellen. Auch Versuche mit einem Flüssiggas als Elektrolyten hat es gegeben, allerdings werden dafür Druckbehälter benötigt.
Das Team um Xia suchte zunächst nach einem geeigneten Elektrolyten. Sie nahmen die organische Substanz Ethylacetat als Basis, da sie erst bei minus 84 Grad Celsius gefriert. In die Ethylacetat-Lösung gaben die Forscher eine kleine Menge eines Lithiumsalzes, LiTFSI.
Es wird beim Laden in positive und negative Ionen aufgespalten. Zunächst kombinierten die Forscher den Elektrolyten mit den üblichen Elektroden von Lithium-Ionen-Akkus, doch die Leistung verbesserte sich kaum.
Als Grund dafür nennen die Wissenschaftler einen Effekt namens Interkalation: Dabei werden Ionen zwischen Kristallgittern von Feststoffen eingelagert. Genau dieser Prozess wird bei tiefen Temperaturen jedoch erschwert. Deshalb verzichteten Xia und Kollegen auf Metallelektroden und setzten auf bestimmte organische Verbindungen.
"Im Vergleich zu den Elektroden-Materialien in herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien, die Übergangsmetalle enthalten, sind organische Materialien reichlich vorhanden, billig und umweltfreundlich", wird Xia in einer Mitteilung des Fachmagazins zitiert.
Eine Konkurrenz zu Lithium-Ionen-Akkus werden die neu entwickelten Batterien in absehbarer Zeit jedoch nicht - dafür ist ihre Energiedichte zu gering. Deshalb schlagen die Forscher in ihrer Studie vor: "Eine solche auf organischen Elektroden basierende wiederaufladbare Batterie könnte nur als Hilfsenergiequelle verwendet werden, um die kurzzeitige Hochleistung für den Start-Stop-Prozess bereitzustellen, insbesondere bei extrem niedrigen Temperaturen." © dpa
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