Elektroauto mit 1.000 Kilometern Reichweite

Eine neue Batteriekonstruktion soll die Reichweite von Elektroautos allein durch das Konstruktionsprinzip deutlich steigern können. Abgeguckt haben sich die Entwickler das Prinzip bei der Brennstoffzelle.

Die aktuellen Fortschritte bei den Antriebsakkus von Elektroautos sind unverkennbar. Ein gutes Beispiel dafür ist das Modell Zoe von Renault, das der Hersteller seit dem Modelljahr 2017 mit einer 41-kWh-Batterie anbietet. Diese wiegt mit 305 Kilogramm lediglich 15 Kilogramm mehr als die Vorgängerbatterie, die nur eine Kapazität von 22 kWh hatte, und passt ins gleiche Gehäuse. Doch die aktuellen Akku-Konstruktionen haben noch einen entscheidenden Nachteil: Sie bestehen aus vielen einzelnen Batteriezellen, die alle ihr eigenes, kleines, rundes oder rechteckiges Gehäuse haben und über eine aufwendige Verdrahtung in Modulen miteinander verbunden sind. Jede einzelne Zelle hat außerdem ihre eigenen Sensoren. Das erhöht den Platzbedarf und das Gewicht der Energiespeicher. Gehäuse und Kontaktierung beanspruchen bei einigen Akkus mehr als 50 Prozent des Platzes. Ein weiteres Problem: An den Anschlüssen der kleinteilig aufgebauten Zellen entstehen elektrische Widerstände, die die Leistung reduzieren.

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Hier setzt die Konstruktion an, die das Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS zusammen mit Thyssen Krupp System Engineering und IAV Automotive Engineering entwickelt. Sie haben das von der Brennstoffzelle her bekannte Prinzip von Bipolarzellen auf eine Lithiumbatterie übertragen. Bei der „Embatt“ genannten Batterie sind die Batteriezellen nicht einzeln nebeneinander angeordnet, sondern werden großflächig direkt übereinandergestapelt. Das soll es ermöglichen, den gesamten Aufbau für Gehäuse und Kontaktierung entfallen zu lassen und auf diese Weise mehr aktive Materialien unterzubringen. Durch die direkte Verbindung der Zellen im Stapel fließt der Strom zudem über die gesamte Fläche der Batterie, was den elektrischen Widerstand erheblich reduzieren soll.

Nach Angaben der Entwickler sind die Elektroden der Batterie so konstruiert, dass sie Energie sehr schnell abgeben und wieder aufnehmen können. Die Projektleiterin am Fraunhofer IKTS, Dr. Mareike Wolter, sagt: „Durch unser neues Packaging-Konzept hoffen wir die Reichweite von Elektroautos mittelfristig auf bis zu 1.000 Kilometer zu steigern.“ Im Labor funktioniere der Ansatz bereits.

Die Bipolarelektrode ist eine metallische Folie, die mit keramischen Speichermaterialien beidseitig beschichtet wird. Eine Seite wird dadurch zur Anode, die andere zur Kathode. Da die keramischen Werkstoffe als Pulver vorliegen, können es die Wissenschaftler mit Polymeren und elektrisch leitfähigen Materialien zu einer Suspension vermischen. Die Kunst ist es nun, die richtige Rezeptur zu entwickeln und auf der Metallfolie aufzubringen. Die nächsten Schritte der Entwickler sind größere Batteriezellen, die dann auch den Weg in Elektroautos finden sollen. Erste Tests im Fahrzeug streben die Partner bis 2020 an.

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