Chinesische und amerikanische Forscher entwickeln schnell aufladende Akkus

2020-10-13 08:00:00

Chinesische und US-amerikanische Wissenschaftler haben unlängst einen neuen Verbundstoff mit schwarzem Phosphat entwickelt, der Forschern zufolge zur Herstellung schnell aufladender Lithium-Ionen-Akkus verwendet werden kann.

Die Ladezeit und Reichweite sind seit jeher ein großes Hindernis auf dem Weg zur Entwicklung elektronischer Fahrzeuge. Wenn beispielsweise ein Akku mit 40 Kilowattstunden noch zu 20 Prozent voll ist, braucht er gegenwärtig an einer Ladesäule für elektronische Fahrzeuge mindestens 30 Minuten zum Aufladen auf 80 Prozent und mehr als eine Stunde zum vollen Aufladen.

Lithium-Ionen-Akkus, die mit dem Gehalt des neuen Verbundstoffs hergestellt würden, könnten innerhalb von neun Minuten zu 80 Prozent aufgeladen werden. Wissenschaftler gehen davon aus, dass somit die Entwicklung schnell aufladender, hocheffizienterer und langlebigerer Lithium-Ionen-Batterien möglich sei.

Dabei handelt es sich um ein Forschungsergebnis der Wissenschaftler der Chinesischen Universität für Wissenschaft und Technologie, der University of California, Los Angeles, und des Forschungsinstituts für Chemie bei der Chinesischen Akademie der Naturwissenschaften, das inzwischen bereits in der jüngsten Ausgabe der renommierten wissenschaftlichen Zeitschrift „Science“ veröffentlicht wurde.

Dr. Jin Hongchang, ein Verfasser der Forschungsarbeit, sagte: „Der neu entwickelte Verbundstoff mit Schwarz-Phosphat-Gehalt hat sich sozusagen als bahnbrechend erwiesen, um schnell aufladende und hocheffiziente Lithium-Ionen-Batterien herzustellen. Da die Stromübertragung innerhalb eines Lithium-Akkus ausschließlich anhand der Lithium-Ionen und Elektrodenmaterialien erfolgen kann, spielt die Auswahl der Elektrodenmaterialien bei Erhöhung der Ladedauer eine entscheidende Rolle.“

Das schwarze Phosphat sei aufgrund seiner eigenartigen Schichtstruktur äußerst übertragungsfähig für die Ionen. Daher eigne sich das Material besonders gut für den Bau der hocheffizienten Elektroden. Die Kehrseite des schwarzen Phosphats sei jedoch, dass sich am Rande derer Schichtstruktur eine hohe Anfälligkeit zeige, so die Wissenschaftler.

Um das Problem zu bewältigen, haben die Forscher anhand der so genannten Schnittstellentechnologie einen neuen Verbundstoff entwickelt, der sich nun aus dem schwarzen Phosphat und dem Graphit zusammensetze.

Xin Sen, ein Mitglied des gemeinsamen Forschungsteams, sagte: „Mithilfe entsprechender technischer Parameter, die sich aus dem Interface-Engineering ergeben haben, haben wir eine völlig neue Elektrode entwickelt, die imstande ist, innerhalb von neun Minuten 80 Prozent der verbrauchten Strommenge eines Lithium-Ionen-Akkus aufzuladen. Unsere bisherigen Erprobungen haben bewiesen, dass die Elektrode auch nach 2.000-maligem Aufladen immer noch 90 Prozent ihrer Übertragungskapazität beibehalten kann.“

Branchenkenner gehen davon aus, dass Elektroautofahrer somit in absehbarer Zukunft in der Lage seien, ihr Fahrzeug innerhalb von zehn Minuten fast vollständig wieder mit Energie zu versorgen, da es möglich wäre, ein Lithium-Ionen-Akku mit 350 Kilowattstunden zu entwickeln, der die Reichweite eines elektronischen Fahrzeugs auf nahezu 1.000 Kilometer verlängern könne, so die Experten.

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