E-Auto in 15 Minuten aufladen: Durchbruch bei Lithium-Akkus

Von "Extreme Fast Charging" spricht das US-Energieministerium DOE, wenn E-Autos in weniger als 15 Minuten wieder aufgeladen werden. Noch mag das Zukunftsmusik sein, doch an der Zielvorgabe arbeiten unzählige Forscher*innen. Einem Team aus den USA ist dabei ein Durchbruch gelungen.

Die Wissenschaftler*innen des zum Energieministerium gehörenden Oak Ridge National Laboratory und der Universität von Tennessee haben ein Schlüsselmaterial entdeckt, das solch schnelle Ladezeiten ermöglicht. Das Material der Anode besteht dabei aus einer Mischung von Molybdän, Wolfram und Niobat, wie die Forscher*innen in einer Aussendung schreiben.

Ablagerungen an der Kathode verlangsamen Ladeleistung

Bisher werde bei Lithium-Batterien, wie sie auch in E-Autos verwendet werden, hauptsächlich Anoden aus Graphit verwendet. Dieses zersetzt während des Ladevorgangs allerdings die Elektrolytlösung. Auf der Kathode bilden sich so während des Ladevorgangs Ablagerungen, die die Stabilität und Leistung der Batterie negativ beeinträchtigen.

"Wir suchen nach neuen, kostengünstigen Materialien, die Graphit ersetzen und sogar übertreffen können", sagt Studien-Erstautor Runming Tao. Doch das ist gar nicht so einfach, denn andere Materialien bringen auch andere Herausforderungen mit sich. "So benötigen etwa vielversprechende Niobatoxide aufwendige Synthesen, die im industriellen Maßstab schwer umzusetzen sind", sagt Tao.

Neuer Ansatz bei Anoden-Herstellung

Die Herstellung dieser Oxide ist sehr energieintensiv und produziert Giftstoffe. Wie die Forscher*innen herausfanden, könnte allerdings die Sol-Gel-Technik die Lösung bringen. Bei diesem Prozess werden flüssige Lösungen bei niedrigen Temperaturen durch eine chemische Reaktion in ein Gel umgewandelt. Dieses Gel wurde von den Forscher*innen weiter mit Hitze behandelt, um es zu festigen.

"Das Material hält höhere Spannungen aus als Graphit und bildet außerdem keine Ablagerungen auf der Anode", sagt Tao. "Die Methode ist gut skalierbar und gibt Einblicke in künftige Designs von Elektroden", ist Co-Autor Sheng Dai überzeugt. Auch Tao ist guter Dinge. "Die außergewöhnliche Schnellladegeschwindigkeit, kombiniert mit einer skalierbaren Synthese, machen es zu einem attraktiven Kandidaten für zukünftige Batteriematerialien", meit der Forscher.