EV-Batterien bekommen ein dringend benötigtes Upgrade

Reichweite ist für die meisten Elektroautos kein Thema mehr. Aber wie bei Verbrennungsmotoren kommt es nicht unbedingt auf die Größe des Kraftstofftanks an, sondern darauf, wie einfach es ist, den Kraftstoff zu bekommen. Bei Elektroautos liegt das Problem nicht in der Größe der Batterie, sondern in der Ladegeschwindigkeit und der Langlebigkeit der Batterie. Zum Glück gibt es ein paar neue Entwicklungen, die einige dieser Probleme lösen könnten.

Toyotas Festkörper-EV-Batterien

Ein einfacher Weg, die Reichweitenangst zu überwinden, ist die Verbreitung von Schnellladestationen (und Heimladegeräten). Aber das braucht Zeit und massive Investitionen in die Infrastruktur. Und selbst dann, so die Battery University, können Lithium-Ionen-Batterien nur eine bestimmte Anzahl von Schnellladezyklen verkraften, bevor sie anfangen, sich zu verschlechtern. Toyota könnte jedoch eine Lösung für dieses Problem haben, berichtet Autoblog.

VERWEIST: Superkondensatoren könnten den Elektro-Lkw revolutionieren, aber sind sie schon serienreif?

Li-Ionen-Batterien sind auf einen flüssigen Elektrolyten angewiesen, der Ionen und Elektronen transportiert, um Strom zu liefern. Dieser Elektrolyt, so erklären The Verge und NewAtlas, ist jedoch brennbar und potenziell explosiv, insbesondere wenn die Batterie selbst alt oder beschädigt ist. Außerdem ist es bei unsachgemäßer Pflege korrosiv, erklärt das Handbook of Advanced Ceramics.

Toyotas Antwort ist es, die Flüssigkeit in Elektroauto-Batterien durch einen Feststoff zu ersetzen, wodurch eine Festkörperbatterie entsteht. Eine Festkörperbatterie wäre leichter und sicherer als eine Lithium-Ionen-Batterie, erklärt Automotive News. Außerdem würde sie länger halten und sich deutlich schneller aufladen lassen. Die Ladezeit für ein Fahrzeug wie den Honda E könnte von 30 Minuten auf weniger als 15 Minuten sinken.

Das Solid-State-Design ist jedoch nicht das Einzige, was Toyota mit seinen Prototyp-Batterien für Elektroautos erforscht. Der japanische Autohersteller investiert auch in eine neue Batteriechemie für Elektroautos: Lithium-Schwefel. Li-S-Batterien haben eine höhere Energiedichte als Lithium-Ionen-Batterien, und ihre Materialien sind kostengünstiger. Sie vermeiden auch die Verwendung eines äußerst problematischen Materials: Kobalt.

Einige andere EV- und Batteriehersteller gehen das Problem jedoch aus einem anderen Blickwinkel an.

Kobalt aus Elektroauto-Batterien entfernen

VERBUNDEN: Testing Electric Car Batteries Isn’t Quite Like Testing Engines

Obwohl Lithium-Ionen-Batterien auf Lithium basieren, benötigen sie Kobalt und Graphit für ihre Elektroden, berichtet Chemical & Engineering News. NBC berichtet, dass Kobalt der wichtigste Faktor für die Preise von Elektroautobatterien ist und die Nachfrage das Angebot übersteigt.

Schlimmer noch, ein erheblicher Teil des weltweit geförderten Kobalts wird von schrecklich unterbezahlten und überarbeiteten Bergleuten in der Demokratischen Republik Kongo abgebaut. Und dazu gehören auch Kinder.

Viele große Batterielieferanten haben Kobalt, das durch Kinderarbeit abgebaut wird, bereits abgeschafft. Tesla und Panasonic gehen jedoch noch einen Schritt weiter, berichtet InsideEVs. Panasonic ist Teslas Hauptlieferant für Batterien und stellt derzeit Nickel-Kobalt-Aluminium-Batterien für Elektrofahrzeuge her, berichtet TechCrunch. Das Unternehmen behauptet jedoch, weniger als 2 % des weltweiten Kobaltangebots für seine Batterien zu verwenden. Es behauptet auch, dass seine Batterien bis 2023 kobaltfrei sein werden.

RELATED: Tesla will Batterien an Konkurrenten liefern

Tesla hat sich auch mit der chinesischen Firma CATL zusammengetan, berichtet Reuters, um Lithium-Eisenphosphat-Batterien zu entwickeln. LFP-Batterien („F“ für „Fe“ oder Eisen) sind nicht ganz so energiedicht wie Li-Ionen-Batterien, berichtet Epec Engineered Technologies. Sie kommen jedoch nicht nur ohne Kobalt aus, sondern sind auch stabiler und langlebiger. Aber die neue Chemie ist vielleicht nicht unbedingt notwendig.

InsideEVs berichtet, dass mehrere Wissenschaftler der University of Texas at Austin eine Li-Ionen-Elektroauto-Batterie entwickelt haben, die kein Kobalt verwendet. Sie verwendet jedoch Metalle, die bereits in Li-Ionen-Batterien vorkommen: Nickel, Aluminium und Mangan. Die neue Chemie hat keine Einbußen bei der Ladeeffizienz oder Haltbarkeit, berichtet Green Car Congress. Und laut dem in der Zeitschrift Advanced Materials veröffentlichten Bericht ist sie „sofort in der Synthese skalierbar“

Wie schnell werden diese Neuerungen zu den Verbrauchern durchdringen?

Die Reduzierung von Kobalt in EV-Batterien hat einen weiteren potenziellen Vorteil: EVs werden so billig wie ICE-Autos. Laut Forbes würde eine Senkung der Kosten für eine Elektroauto-Batterie auf 100 $/kWh diesen Preisunterschied praktisch beseitigen.

Zum jetzigen Zeitpunkt liegen die Kosten bei etwa 147 $/kWh. Wenn man bedenkt, dass Kobalt 10-30 % der Kosten einer Li-Ionen-Batterie ausmacht, könnte der Preis durch seinen Wegfall auf etwa 110-120 $ sinken, berichtet Green Car Congress. Laut Forbes könnten LFP-Batterien jedoch theoretisch bis 2024 $100/kWh und bis 2030 $61/kWh erreichen. Doch dazu muss erst einmal eine kommerzielle Version zum Laufen gebracht werden. Das Gleiche gilt für die Batterie der University of Texas. Allerdings haben die Forscher, die dahinter stehen, bereits ein Unternehmen gegründet, um sie zu vermarkten: TexPower.

VERBUNDEN: Sind Elektroautos zum Status eines „Lifestyle-Fahrzeugs“ verdammt?

Wo passt die Festkörperbatterie für Elektroautos von Toyota hin? Zurzeit arbeitet der Autohersteller daran, die Tendenz der Li-S-Batterien, sich mit der Zeit zu verformen, zu überwinden. Außerdem erfordert die Herstellung einer Li-S-Elektroauto-Batterie eine sorgfältig kontrollierte, extrem feuchtigkeitsarme Umgebung. Die ersten funktionstüchtigen Prototypen werden frühestens 2025 zu sehen sein. Und selbst dann wird es noch ein paar Jahre dauern, bis der Preis aufgrund der geringen Produktionsmenge sinkt.

Aber all diese Entwicklungen tragen dazu bei, dass E-Fahrzeuge erschwinglicher und für alle erreichbar werden.

Folgen Sie weiteren Updates von MotorBiscuit auf unserer Facebook-Seite.