Die jüngsten Explosionen in der Arktis in den Vereinigten Staaten haben einige Besitzer von Elektrofahrzeugen (EV) in Schwierigkeiten gebracht.
Von Illinois und Michigan bis Texas wurde über schnell entladene Batterien, langsames Laden, lange Warteschlangen und das Abschleppen von Autos berichtet, nachdem ihnen der Strom ausgegangen war.
Temperaturen unter Null sind nicht gut für die Batterielebensdauer von Elektrofahrzeugen – und natürlich auch nicht für benzinbetriebene Autos, die bei Frost häufiger kaputt gehen. Neue Untersuchungen eines norwegischen Pannendienstes ergaben, dass Elektroautos bei extremer Kälte seltener ausfallen als mit fossilen Brennstoffen betriebene Fahrzeuge.
Dennoch bleiben Bedenken hinsichtlich der Reichweite und Langlebigkeit von Lithium-Ionen-Batterien für Elektrofahrzeuge ein Knackpunkt für den Verkauf.
Ein Tesla lädt am 17. Januar 2024 auf einem eisbedeckten Parkplatz in Chicago, Illinois, auf. Ein Durchbruch in der Batterietechnologie könnte die Lebensdauer von Elektrofahrzeugen erheblich verbessern
(Getty Images)
Eine Ipsos-Studie letztes Jahr fanden heraus, dass für viele Menschen neben den Kosten auch Bedenken hinsichtlich des Mangels an Ladestationen und der fehlenden Batterielebensdauer das Hindernis für den Kauf eines Elektrofahrzeugs waren.
Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass den US-Klimaplänen ein Strich durch die Rechnung gemacht wird. Mehr als ein Viertel der Treibhausgasemissionen des Landes kommen aus dem Transportwesen und zu diesem Zweck strebt die Biden-Regierung an, dass bis 2030 mindestens die Hälfte der Neuwagenverkäufe elektrisch sein werden. Elektrofahrzeuge machen derzeit etwa 9 Prozent der Neuwagenverkäufe in den USA aus. laut Branchen-Tracker EV Hub.
Doch ein neuer Durchbruch eines Wissenschaftlerteams der Harvard University könnte helfen, diese Hürden zu überwinden. Forscher der School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) berichteten Anfang des Monats, dass sie eine neue „Festkörper“-Batterie entwickelt haben, die in der Zeit aufgeladen werden kann, die zum Auffüllen eines Tanks mit Benzin benötigt wird – und das zumindest wiederholt 6.000 Mal.
Derzeit verwenden Elektrofahrzeuge, Laptops und andere elektronische Geräte, die Energiespeicher benötigen, typischerweise Lithium-Ionen-Batterien in einem flachen, kompakten „Pouch Cell“-Design.
Aber die Leistung von Lithium-Ionen-Batterien kann, wie sich gezeigt hat, bisher nur größeren Maschinen standhalten. Es gibt auch Hinweise darauf, dass diese Art von Batterien Feuer fängt.
Letzten Juni, Vier Menschen starben, nachdem eine Lithium-Ionen-Batterie Feuer gefangen hatte in einem E-Bike-Laden in New York und breitete sich auf die darüber liegenden Wohnungen aus. Im Dezember brach vor der Küste Alaskas ein Feuer auf einem Frachtschiff mit fast 2.000 Tonnen Lithium-Ionen-Batterien aus.
Der Wettlauf um die Entwicklung von Festkörperbatterien hat sich in den letzten Jahren verschärft, da die Technologie allgemein als wesentlich für die landesweite Umstellung von benzinbetriebenen Autos auf Elektroautos angesehen wird. Unternehmen wie Volkswagen und Toyota arbeiten an eigenen Festkörperbatterien mit dem Ziel, diese bis zum Ende des Jahrzehnts in Fahrzeuge zu integrieren.
Dr. Xin Li, außerordentlicher Professor für Materialwissenschaften in Harvard, beschrieb Festkörperbatterien als „den heiligen Gral“.
Während sie äußerlich Lithium-Ionen-Modellen ähneln, ersetzen Festkörperbatterien den flüssigen, organischen Elektrolyten durch ein Material wie eine Hightech-Keramik.
„Das leitet besser als Flüssigkeit und ist nicht brennbar, also sicherer“, sagte Dr. Xin Li Der Unabhängige.
Die briefmarkengroße Batterie des Harvard-Teams behielt nach 6.000 Zyklen noch 80 Prozent ihrer Kapazität und zeigte eine gute Leistung bei niedrigen Temperaturen.
Sie übertrifft andere heute auf dem Markt erhältliche Festkörperbatterien, sagten die Wissenschaftler, nachdem sie einen neuen Weg zur Herstellung mit einer Lithium-Metallanode entdeckt hatten, die zehnmal so viel Kapazität wie die typischen kommerziellen Graphitanoden hat.
Mit ihrem neuen mehrschichtigen Multimaterial-Design konnten die Harvard-Wissenschaftler die große Herausforderung der „Dendriten“ meistern – wurzelartige Strukturen, die von der Oberfläche der Anode in den Elektrolyten wachsen und die Barriere zwischen der gegenüberliegenden Kathode durchdringen können. Dies kann dazu führen, dass die Batterie kurzgeschlossen wird oder, schlimmer noch, Feuer fängt.
Die lange Batterielebensdauer – umgerechnet 30 Jahre – könnte die Kosten eines Elektrofahrzeugs drastisch senken.
„Wenn der Verbraucher weniger Geld für den Kauf eines Elektrofahrzeugs ausgibt, wird das die weltweite Elektrifizierung wirklich vorantreiben“, sagte Dr. Li.
Durch die Möglichkeit, den Akku in wenigen Minuten aufzuladen, verfügt er zudem über eine sehr hohe Leistungsdichte, was die Einsatzmöglichkeiten erhöht.
„Es sind nicht nur Elektrofahrzeuge, es könnten auch Elektroflugzeuge sein, die zum Abheben viel Energie benötigen“, fügte er hinzu.
Nach Stationen am MIT, Cal Tech, Penn State und der Nanjing University in China begann Dr. Li ernsthaft mit der Arbeit an Festkörperbatterien, als er 2015 in Harvard anfing. „Ich hatte mehrere Dutzend Projekte parallel, aber nach ein paar Jahren erkannte ich das Potenzial von Festkörperbatterien und konzentrierte mich mehr darauf“, sagte er.
Im Jahr 2021 gründeten er und seine Kollegen aus Harvard ein Unternehmen, Adden Energy, um die Technologie zu lizenzieren und zu erweitern. Ein US-Automobilhersteller hat seine Festkörperbatterie bereits getestet und festgestellt, dass sie die gleichen positiven Ergebnisse wie bei seinen internen Tests erzielt hat, sagte Dr. Li.
„Einige andere Automobilhersteller sind in der Pipeline, um unsere Batterien zu testen“, fügte er hinzu.
Das überparteiliche Infrastrukturgesetz der US-Regierung hat 6 Milliarden US-Dollar für den Ausbau der heimischen Industrie in den Bereichen Batteriematerialien, -herstellung und -speicherung bereitgestellt, während die Welt schnell von fossilen Brennstoffen auf die Elektrifizierung umsteigt.