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Was haltet ihr davon?
29.05.2007
Die hauchdünne Keramikfolie macht Lithium-Ionen-Akkus länger haltbar. (Bild: Degussa) Kraftzwerge dank Nanoteilchen
Neuartige Keramikfolie optimiert Lithium-Ionenbatterien
Von Mathias Schulenburg
Physik. - Batterien und Akkumulatoren spielen bei der Nutzung alternativer Energien eine zentrale Rolle. Wie Wissenschaftler auf einem Forum für Nanotechnologien berichten, verleiht eine neuartige Keramikfolie den Kraftspeichern wesentlich mehr Haltbarkeit.
Das ist wohl das Ärgste, was man einer Batterie antun kann: Einen Nagel hinein zu schlagen. Wenn man das mit einem konventionellen Lithium-Ionen-Akku macht, fängt der wahrscheinlich an zu brutzeln und womöglich auch zu brennen. Anders, wenn der Akku als so genannten Separator eine Keramik-Polymer-Folie hat, versichert eine Degussa-Pressemitteilung - Gerhard Hörpel ist bei Degussa mit strategischen Marketingthemen zur Lithium-Ionen-Technik befasst:
Dieser Separator verleiht der Lithium-Ionen-Batterie beispielsweise eine zusätzliche Sicherheit und eine längere Lebensdauer. Der Separator ist, wenn Sie hören "keramisch", dann müsste er eigentlich steif sein. Die Tatsache, dass er trotzdem sehr schön rollbar und flexibel ist, ist zurückzuführen auf Nanopartikel, mit denen die Aluminiumoxidpartikel, aus denen die Keramik besteht, reaktiv versintert werden.
Degussa kann die famose Folie mittlerweile auf großen Rollen herstellen, in einer Endlos-Fertigungsmethode, die mit 25 Patenten abgesichert ist. Der Separator ist in einem Lithium-Ionenakku eine Schlüsselkomponente mit zwei Aufgaben:
Der muss verhindern, dass die Kathode und die Anode zusammenkommen, er muss also separieren, wie der Name sagt. Er muss aber auch semipermeabel sein, also porös, denn die Lithium-Ionen, die müssen durchwandern, und zwar möglichst ungehindert und gut, so dass eine Batterie später auch sehr schnell geladen und vor allen Dingen aber auch sehr schnell entladen werden kann.
Während der Lithium-Ionen-Akku eines Notebooks erfahrungsgemäß nach einigen hundert Ladezyklen schlapp macht, halten Akkus mit der neuen Folie zwanzigmal länger durch:
Ja, wenn ich das jetzt mit anderen Batterien vergleiche, dann ist das exzellent, es kommt in einen Bereich, der sozusagen sowohl für Hybrid-Elektroautos als auch Voll-Elektroautos gebraucht wird und ich habe den Bereich stationäre Energiespeicherung noch ausgeblendet: auch da steht und fällt die Wirtschaftlichkeit einer Batterie mit ihrer Zyklenfestigkeit. Es ist klar, wenn ich eine Batterie nach vier, nach acht oder nach sechzehn Jahren wegschmeißen muss, ist ganz entscheidend für die Wirtschaftlichkeit. Und zehntausend Zyklen ist das, was wir mit unseren jetzigen Materialien bereits schon erreichen.
Die Energiespeicherdichte auch neuer Akkus aber lässt immer noch zu wünschen übrig, allerdings kann man durch die Verwendung nanoskaligen Siliziums auf eine Verbesserung um den Faktor drei hoffen - wenn verschiedene Komplikationen behoben werden. Dann läge die Verwendung für Elektrofahrzeuge tatsächlich sehr nahe, zumal mittlerweile preiswerte Leistungselektronik zur Verfügung steht und die Rechenpower, diese raffiniert anzusteuern. Auch gibt es neue Magnetwerkstoffe für leichte, leistungsfähige Motoren, die man sich sogar in die Räder integriert vorstellen kann. Das tut auch Bernd Gombert, technischer Geschäftsführer bei Siemens VDO automotive, dem für den Antrieb "eCorner" genannte Module mit Rad, Radnabenmotor und Hilfsaggregaten vorschweben:
Jedes einzelne Aufhängungsmodul hat die Elektronik gleich integriert, das fängt an mit, wie heute üblich, "tyre guards", also Radüberwachungssysteme, Dämpferelektroniken, elektrische Bremse, bis hin zur Umrichtertechnologie und, wenn Sie's genau nehmen, visionär, auch die Speicher, das heißt, jedes Modul ist in sich autark, autonom, und wird dann entsprechend nur noch, in Anführungszeichen, drangesteckt, drangeschraubt, und letztendlich ist es dann die Software, die bestimmt, welche Leistung derjenige abfordert, welche Fahrdynamik Sie haben wollen und letztlich, was der Kunde bereit ist zu bezahlen.
Ab dem Jahr 2015 könnte das eCorner-Konzept auf der Straße zu finden sein, schätzt Bernd Gombert. Auch Toyota arbeitet an etwas Ähnlichem.
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