Neue E-Auto-Batterie soll in nur 5 Minuten geladen sein
Eine der größten Herausforderungen in der Elektromobilität sind derzeit die langen Ladezeiten unterwegs. Daher suchen Forscher*innen weltweit nach neuen Lösungen, um diese Zeit zu reduzieren. Ein Team von Cornell Engineering hat jetzt eine Batterie entwickelt, die in nur 5 Minuten geladen ist.
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Dafür haben die Forscher*innen eine Anode aus Indium, also einem Schwermetall, verwendet. Ziel war es, ein Material zu finden, das sehr schnell lädt, aber langsam entlädt. In einem ersten Ansatz studierte das Team die Bewegung von Ionen im Leitmaterial (Elektrolyt). Das half dabei, die Anode sicherer zu machen und ihre Fähigkeit, Energie lange zu speichern, zu verbessern.
Schnelle Reaktionen, langsames Entladen
Für die neue Batterie konzentrierten sie sich auf die sogenannte „Damköhler Zahl“. Sie beschreibt den Zusammenhang zwischen der Rate, in der eine chemische Reaktion auftritt und der Rate, in der Material an den Reaktionsort transportiert wird. Gesucht wurde nach Materialien mit einer niedrigen Damköhler Zahl. Dabei stießen die Forscher auf Indium.
Das weiche Schwermetall wird meist für Touchscreens oder Solarpaneele verwendet. In einer Batterie punktet das Material mit einer extrem niedrigen Energiebarriere für Migration von Ionen. Das bedeutet, dass sich die Ionen schnell durch den Feststoff bewegen können. Zudem hat Indium eine geringe Austauschstromdichte, was beschreibt, wie schnell oder langsam Ionen an der Anode oxidieren und sich die Batterie entlädt.
KI hilft bei Suche nach Alternativ-Materialien
Diese beiden Eigenschaften seien essenziell für Schnellladebatterien und lange Speicherung von Energie, erklären die Forschenden. Gleichzeitig bleibe ihre Batterie auch über Tausende Ladezyklen stabil. Das könnte eine Revolution für E-Auto-Batterien bedeuten. Die Studie wurde im Fachmagazin Joule veröffentlicht.
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Es gibt aber auch ein „Aber“. Indium ist schwer, was die Konstruktion einer Batterie für E-Autos verkompliziert. Batterien treiben das Gewicht der Fahrzeuge ohnehin nach oben, Indium würde das noch verstärken. Die Grundlage für die Suche nach einem vergleichbaren, aber leichteren Material ist aber geschafft. Diese Suche könnten Chemiker*innen mithilfe von KI beschleunigen.
Reichweitenangst bekämpfen
„Range Anxiety“ bzw. „Reichweitenangst“ sei einer der größten Herausforderungen bei der Elektrifizierung des Personenverkehrs, erklärt Projektleiter Lynden Archer in einem Statement. "Wenn die Batterie in 5 Minuten geladen wäre, dann müsse sie auch nicht groß genug für eine Reichweite von 500 km sein." Dadurch könnten Autos mit kleineren Batterien gebaut werden. Das würde insgesamt die Preise für Elektroautos senken und mehr Menschen könnten sie sich leisten.