Elektroautos: Silizium könnte mehr Akku-Leistung bringen

Elektroautos: Silizium könnte mehr Akku-Leistung bringen

von Angela Schmid

Silizium könnte die Leistungsfähigkeit von Lithium-Ionen-Akkus erhöhen. Noch gibt es aber Schwierigkeiten mit der Lebensdauer.

Der Multitechnologiekonzern 3M will die Leistungsfähigkeit von Lithium-Ionen-Batterien für Elektroautos um bis zu 40 Prozent erhöhen. In Asien werden die Akkus bereits erfolgreich in der Vorserienproduktion für Mobiltelefone und Laptops eingesetzt. Im kommenden Jahr gehen sie in diesem Segment voraussichtlich auf den Markt.

In Zukunft sollen die Power-Akkus auch in der Automobilindustrie genutzt werden. Das wird aber noch dauern. Anwendungsentwickler Egbert Figgemeier rechnet damit, dass vor dem Jahr 2020 keine Fahrzeuge serienmäßig mit den reichweitenstarken Autobatterien ausgestattet werden.

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Denn zunächst muss das entwickelte Material für die Akkus der nächsten Generation noch einige Test durchlaufen und beweisen, dass es hält, was es verspricht: Mehr Leistung durch den Einsatz einer Siliziumverbindung.

Normalerweise sind die Lithium-Ionen, in denen die elektrische Energie gespeichert ist, im relativ schweren Graphit untergebracht. Dadurch ist das reaktionsfreudige Lithium zwar vor direktem Kontakt mit der Elektrolyt-Flüssigkeit geschützt, der zur Explosion des Akkus führen könnte. Doch die Sicherheit wird durch schweres Graphit erkauft, in dem selbst keine Energie steckt. Das soll nun durch das Halbmetall Silizium ersetzt werden.

Schwierigkeiten mit der LebensdauerOptimal ist Silizium aber auch nicht. Es verbessert zwar deutlich die Kapazität von Batterien, reduziert aber drastisch ihre Lebensdauer. Ganz verzichtet 3M daher nicht auf Graphit und packt zudem das Silizium in eine Mischung aus verschiedenen Materialien ein, deren Zusammensetzung das Unternehmen nicht preisgibt.

"Die Kunst dabei ist, die Eigenschaften so einzustellen, dass die Akkus nicht nur fünf, sondern 1.000 Mal be- und entladen werden können - und das unter verschärften Bedingungen im Auto", so Figgemeier.

Denn um Silizium so zu modulieren und zu verpacken, dass es sowohl die notwendige Speicherkapazität, als auch die Lebensdauer aufweist, ist jahrelange Anwendungsforschung notwendig. Das Material muss viele Anforderungen erfüllen: Es geht um Sicherheit, Preis, Leistung und Lebensdauer.

Ob das neue Material tatsächlich 40 Prozent mehr Reichweite schafft, ist von vielen Faktoren abhängig. "Jedes Material hat das Potenzial, in Kombination mit anderen Materialien eine Leistungssteigerung zu erreichen. Es hängt aber letztendlich von dem Gesamtsystem ab. Die Komponenten müssen alle aufeinander abgestimmt sein", erklärt Figgemeier.

Die Batteriezelle leistungsfähiger zu machen, ist eine der größten Herausforderungen für die Automobilindustrie. Zum einen, weil die Batterietechnologie die Reichweite der Elektroautos entscheidend bestimmt, zum anderen wegen ihres hohen Anteils an den Fahrzeugkosten.

Je leistungsstärker die Batterieeinheiten sind, desto weniger Zellen werden benötigt und desto günstiger wird das Batteriesystem als Ganzes. Sollte die neu entwickelte Batterie hierbei am Ende ihre Vorteile ausspielen können, könnte sie Herstellern und Verbrauchern Geld und die E-Mobilität dadurch attraktiver machen.

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