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Für Elektroautos: Diese 5 Technologien könnten alles verändern

Elektroautos stehen für viele Synonym für Klimaschutz. Das kann aber nur funktionieren, wenn ihre Batterien mit entsprechenden Bilanzen aufwarten.

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Wie beeinflusst das Schnellladen die Lebensdauer der Batterien in Elektroautos? Für die optimale Nutzung und Lebensdauer ist die Wahl der richtigen Ladestrategie entscheidend.

Seit längerem bemühen sich sowohl die Industrie als auch die Wissenschaft intensiv darum, die Umweltbilanz von neuen Elektroautos zu optimieren. Allerdings bilden die Batterien dieser Fahrzeuge ein wesentliches Hindernis, da sie größtenteils auf seltene Erden angewiesen sind, welche den CO2-Fußabdruck der Elektroautos erheblich belasten. Jedoch steht eine Veränderung dieses Zustands möglicherweise unmittelbar bevor.

Beinahe wöchentlich machen mittlerweile Entwicklungen Schlagzeilen, die sich mit immer neuen Batteriekonzepten auseinandersetzen. Nach und nach gelingt es der Automobilbranche dadurch, auf Lithium, Kobalt und vergleichbar seltene Rohstoffe zu verzichten. Das kann elektrisch betriebene Fahrzeuge nicht nur klimafreundlicher machen, sondern zudem weit erschwinglicher.

Während einige dieser Projekte, etwa NanoFlowCell oder die Kolibri-Batterie, scheitern und in Vergessenheit geraten, kristallisieren sich langsam die wirklich vielversprechenden Alternativen zum Lithium-Ionen-Akku heraus. Konkret gibt es fünf Arten von Akkumulatoren, die die Elektroautos der Zukunft prägen könnten.

N° 1: Natrium-Ionen-Akkus

Natrium-Ionen-Akkus verwenden – ihr Name verrät es bereits – Natrium. Dabei handelt es sich um ein Element, das im Vergleich zu Lithium in der Erdkruste häufiger vorkommt. Diese Batterien könnten eine ähnliche Energiedichte wie Lithium-Ionen-Akkus erreichen, allerdings bei potenziell niedrigeren Kosten und mit geringerer Umweltbelastung, da Natrium leichter verfügbar und weniger schädlich für die Umwelt ist.

N° 2: Magnesium-Ionen-Akkus

Magnesium ist ein weiteres reichlich vorhandenes Element, das als Alternative zu Lithium in Betracht gezogen wird. Magnesium-Ionen-Akkus könnten eine höhere Energiedichte bieten und sind sicherer im Betrieb, da sie weniger anfällig für Überhitzung sind. Die Technologie steht jedoch noch in den Anfängen der Entwicklung.

N° 3: Aluminium-Ionen-Akkus

Aluminium, eines der am häufigsten vorkommenden Metalle, wird ebenfalls als potenzieller Kandidat für zukünftige Batterietechnologien erforscht. Aluminium-Ionen-Akkus könnten Vorteile wie eine höhere Ladekapazität, schnellere Ladezeiten und eine längere Lebensdauer bieten. Die Herausforderung besteht darin, die Energiedichte und Effizienz zu erhöhen.

Ein prominentes Beispiel für diesen Kandidaten ist die nicht-toxische Aluminium-Ionen-Batterie (AIB). Ein Team der chinesischen Zhejiang Sci-Tech University stellte sie 2023 im Rahmen einer Studie im Journal of the American Chemical Society vor.

N° 4: Zink-Luft-Akkus

Diese Akkus nutzen Zink und Sauerstoff aus der Luft, um Energie zu speichern und freizusetzen. Zink-Luft-Akkus sind kostengünstig, ungiftig und auf Materialien basierend, die reichlich vorhanden sind. Sie könnten für stationäre Speicheranwendungen oder als Ergänzung zu anderen Technologien in Elektroautos genutzt werden, obwohl ihre Wiederaufladbarkeit und Energiedichte noch verbessert werden müssen.

Einem Team der australischen Edith Cowan University gelang in diesem Bereich erst 2023 ein entscheidender Durchbruch. „Das neue Design war so effizient, dass der Innenwiderstand der Batterien unterdrückt wurde und ihre Spannung nahe an der theoretischen Spannung lag, was zu einer hohen Spitzenleistungsdichte und ultralanger Stabilität führte“, erklärte Dr. Muhammad Rizwan Azhar, Professor an der ECU und Leiter des Projekts, in einer Erklärung.

N° 5: Festkörperbatterien

Obwohl einige Festkörperbatterien Lithium verwenden, gibt es Forschungen zu Varianten ohne seltene Erden. Festkörperbatterien, etwa von Toyota, ersetzen die flüssigen Elektrolyte durch feste Materialien, was die Sicherheit erhöht und potenziell die Energiedichte verbessert. Die Herausforderung liegt hier in der Entwicklung kosteneffektiver und langlebiger Materialien für den Massenmarkt.

Quelle: „Lewis Acid-Induced Reversible Disproportionation of TEMPO Enables Aqueous Aluminum Radical Batteries“ (Journal of the American Chemical Society, 2023); ScienceDaily

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