Tesla-Forscher demonstriert 100-Jahre-4-Millionen-Meilen-Batterie

Eine der größten Sorgen bei Elektrofahrzeugen ist, dass die Batterien nach einigen Jahren mit hohen Kosten ersetzt werden müssen. Schließlich dürfte Ihr Smartphone-Akku schon nach drei Jahren schon bessere Tage gesehen haben. Aber ein Tesla-Forscher bereitet sich darauf vor, diese Idee ein für alle Mal auf den Weg zu bringen, nachdem er Batterien demonstriert hat, die möglicherweise die meisten Menschen überleben könnten.

Tesla-Enthusiasten dürften schon von Jeff Dahn gehört haben. Er ist Professor an der Dalhousie University und seit 2016 Forschungspartner von Tesla. Sein Fokus liegt darauf, die Energiedichte und Lebensdauer von Lithium-Ionen-Batterien zu erhöhen sowie deren Kosten zu senken. Dahn scheint zusammen mit den Kollegen seines Forschungsteams die Mutterlast getroffen zu haben. Im eine im Journal of the Electrochemical Society veröffentlichte Veröffentlichungbehauptet die Gruppe, ein Batteriedesign entwickelt zu haben, das unter den richtigen Bedingungen 100 Jahre halten könnte.

Dahns Artikel vergleicht Zellen basierend auf Li[Ni0.5Mn0.3Co0.2]O2-Chemie („NMC 532“) mit LiFePO4. Letzteres ist die „Lithium-Eisen-Phosphat“-Chemie (alias LFP), die Tesla derzeit in in China gebauten Standardautos des Modells 3 verwendet, die nach Europa importiert werden. Die LFP-Chemie hat eine geringere Energiedichte als weiter verbreitete Lithium-Ionen-Alternativen, ist aber billiger, langlebiger und angeblich auch sicherer. LFP kann bis zu 12,000 Lade-Entlade-Zyklen überstehen, daher ist es keine leichte Aufgabe, es in dieser Hinsicht zu schlagen. Die NMC 532-Zellen von Dahn zeigten nach fast 2,000 Zyklen keinen Kapazitätsverlust. Das Papier extrapoliert dies auf eine Lebensdauer von 100 Jahren (sie haben die Batterie offensichtlich noch nicht so lange getestet).

Dahn hielt außerdem im März eine Keynote auf dem internationalen Batterieseminar in Orlando, Florida, wo er sprach von einer „4-Millionen-Meilen-Batterie“. Dies beinhaltete einige der Ergebnisse des Papiers vor seiner Veröffentlichung in diesem Monat. Dahn hatte zuvor die „Millionen-Meilen-Batterie“ versprochen, und testet seit Oktober 2017 Zellen auf der Grundlage seiner angepassten Chemie. Anscheinend sind sie stark gelaufen und nach 4.5 Jahren kontinuierlicher Zyklen bei Raumtemperatur haben sie nur 5% Abbau gesehen. Dies würde bedeuten, dass sie ein Elektrofahrzeug 4 Millionen Meilen lang mit Strom versorgen könnten, bevor sie ersetzt werden müssten.

Einer der Gründe für die Langlebigkeit ist der Wechsel von polykristallinen zu einkristallinen Kathoden, die während des Lade-Entlade-Zyklus nicht so schnell zusammenbrechen. Die NMC 532-Chemie Dahn verwendet Kontraste zu der NMC 811-Chemie, die derzeit von LG Chem verwendet wird, die acht Teile Nickel in ihren Kathoden für jeden Teil Mangan und Kobalt enthält. Letztes Jahr wurde das Tesla Model Y von NMC 811 auf NCMA-Chemiezellen von LG Chem, auch bekannt als „High Nickel“, umgestellt. Diese sind im Vergleich zu LFP oder NMC 811 teuer, bieten aber die höchste Dichte für die größte Reichweite. Die NCMA-Chemie verwendet Nickel, Kobalt, Mangan und Aluminium für ihre Kathoden, aber der Großteil ist Nickel (89 %).

Der von Dahn getestete NMC 532 Chemistry verspricht einen weiteren Sprung nach vorne in der Batterietechnologie. Autos müssen jedoch nicht 100 Jahre halten, und sie müssen auch keine 4 Millionen Meilen zurücklegen. Bedenkt, dass das durchschnittliche Fahrzeugalter in den USA beträgt 12 Jahre Bei 14,000 Meilen pro Jahr beträgt die durchschnittliche Lebensstrecke, die ein amerikanisches Auto zurücklegt, 168,000 Meilen, und in Europa sind es viel weniger. In Wirklichkeit werden Batterien mit einer Lebensdauer von 4 Millionen Meilen Anwendungen wie Vehicle-to-Grid ermöglichen, die die Rate der Lade-Entlade-Zyklen erhöhen werden. Sie sind jedoch wahrscheinlich am nützlichsten für die statische Energiespeicherung in Häusern und für die Netzpufferkapazität aus einer intermittierenden erneuerbaren Versorgung.

Wasserstoff-Enthusiasten argumentieren oft, dass Batterien nur eine Notlösung sind, bis Brennstoffzellen-Elektrofahrzeuge und Wasserstoffspeichersysteme den Mainstream erreichen. Aber bei all der Entwicklung, die in der Batterietechnologie stattfindet, ist Wasserstoff wahrscheinlich zu wenig und zu spät, wenn er in großen Mengen für den Transport ankommt. Technologien wie die, an denen Dahn arbeitet, daneben Lithium-Schwefel-Entwicklungen wie von Theion und ultraschnelle Ladetechnologie wie die von StoreDot, wird dazu führen, dass Batterien in nur wenigen Jahren alle Probleme gelöst haben, die ihnen gestellt werden.