Bei den Antriebsbatterien gibt es derzeit zwei Trends, die die Energiespeicher leistungsfähiger machen sollen: neue Konstruktionsformen und neue Werkstoffe. Die neuen Konstruktionsformen sorgen dafür, dass die Entwickler mehr aktives Material in den zur Verfügung stehenden Bauraum packen können.

Cell-to-Pack

Eine dieser neuen Konstruktionen nennt sich Cell-to-Pack. Sind bei herkömmlich konstruierten Antriebsbatterien die Zellen in einzelnen Modulen und diese Module wiederum im Batteriegehäuse als Batteriepack zusammengefasst, verzichtet die Cell-to-Pack-Technik auf die Batteriemodule. Stattdessen sind deutlich größere Batteriezellen direkt im Batteriepack integriert. Dadurch ist es möglich, und 50 Prozent mehr aktives Material im zur Verfügung stehenden Einbauraum unterzubringen. Als weitere Vorteile nennt der Batteriehersteller BYD beispielsweise, dass sich solche Batterien sehr effizient beheizen lassen und dass sie gut zu recyceln sind, wenn sie ihr Lebensende erreicht haben.

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Der zweite Trend, der zu größeren Reichweiten führen soll, sind neue Materialien. Dieser Trend könnte zudem auch für schnellere Ladezeiten sorgen. So will einer der weltweit größten Batteriehersteller, CATL, noch in diesem Jahr dank neuer Materialien eine Batterie auf den Markt bringen, die eine sagenhafte Energiedichte von bis zu 500 Wh/kg hat. Zum Vergleich: Aktuelle Lithium-Ionen-Batterien kommen auf eine Leistungsdichte von maximal 280 Wh/kg.

Wie die Chinesen diese Energiedichte erreichen, haben sie allerdings noch nicht verraten. Bisher heißt es in einer Pressemitteilung lediglich, dass die Batterie hochleitfähige biomimetische Elektrolyte im kondensierten (nahezu festen) Zustand nutzt, um die Leitfähigkeit der Zellen und damit die Effizienz des Lithium-Ionen-Transports zu verbessern. Damit könnte die neue CATL „Condensed Battery“ eine sogenannte Fast-Feststoffbatterie sein, ein Zwischenschritt auf dem Weg zu echten Feststoffbatterien. Diese gelten als heiliger Gral der Batterietechnik, weil sie durch einen komplett festen Elektrolyten deutlich sicherer und langlebiger sein sollen als Lithium-Ionen-Batterien mit flüssigem Elektrolyten. Außerdem sollen sie eine sehr hohe Energiedichte haben und sich sehr schnell laden lassen.

Viele Batteriehersteller forschen an dieser Technik, jedoch scheint die Fertigung sehr anspruchsvoll zu sein, weshalb einige in der Zwischenzeit auf die Fast-Feststoffbatterien setzen, die noch einen Flüssigkeitsanteil im Elektrolyten von fünf bis zehn Prozent haben. Aber auch diese Technik glänzt schon mit einer hohen Energiedichte.

Neue Silizium-Anoden

Eine weitere vielversprechende Technik sind Anoden mit einem hohen Siliziumanteil. Denn Silizium bietet eine um den Faktor zehn höhere Speicherfähigkeit als das bisher meist eingesetzte Grafit. Silizium hat nämlich nach Lithium die zweithöchste Speicherkapazität bezogen auf das Gewicht. Silizium ermöglicht zudem Zellen mit hoher Schnellladefähigkeit. Nach Angaben des Herstellers Porsche, der unter anderem an solchen Batterien arbeitet, ließen sie sich in weniger als 15 Minuten von 5 auf 80 Prozent aufladen.

Doch Silizium hat auch Nachteile. Die Siliziumpartikel dehnen sich bei der Aufnahme von Lithium um 300 Prozent aus. Das verursacht mechanische Probleme im Material und in der Elektrode. Würden die Elektrodenoberflächen dadurch Schaden nehmen, würde auch die Lebensdauer des Akkus leiden. Ein Weg, das Silizium doch verwenden zu können, ist es, dieses in Form von Nanodrähten in die Grafitanode einzubringen. Diesen Weg geht beispielsweise das amerikanische Start-up OneD Battery und verdreifacht damit nach eigener Aussage die Energiedichte. Außerdem würden die Batteriezellen durch die Silizium-Technik billiger. OneD will erste Batterien mit Siliziumanoden in drei bis vier Jahren auf den Markt bringen.

Nach Einschätzung von Batterieexperten sind durch die Kombination von neuer Anodenchemie und dichtem Packaging der Zellen mittelfristig nicht nur Reichweiten von 1.000 Kilometern, sondern sogar von 1.300 Kilometern möglich.

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