Für Einsatz in Smartphones und E-Autos Überlebt länger in extremer Kälte: neuartige Lithium-Ionen-Batterie entwickelt

Temperaturen weit unter null Grad sind ein großes Problem für viele Akkus. Chinesische Forschende haben nun eine Möglichkeit gefunden, mit der Lithium-Ionen-Batterien auch bei extremer Kälte funktionieren: Mit einem neuen Material mit besonderer Oberfläche.

Ein Tesla Model 3 lädt im Winter an einem Supercharger seinen Akku voll.
Ein Tesla Model 3 lädt im Winter an einem Supercharger seinen Akku voll. Bildrechte: imago images/MiS

Das Problem kennen viele Menschen: Bei Minusgraden entlädt sich der Akku des Smartphones merklich schneller. Zu einer noch größeren Herausforderung könnte es werden, wenn in Zukunft deutlich mehr E-Autos auf unseren Straßen fahren werden - und diese im tiefsten Winter schlechter oder gar nicht mehr funktionieren. Der Grund dafür liegt darin, dass in den derzeit häufig verbauten Lithium-Ionen-Batterien bei sehr niedrigen Temperaturen die Anode (also die meist positive Elektrode) wegen ihrer ebenen Oberfläche träge wird und so schneller Energie verliert.

Neuartige Akkus funktionierten auch noch bei minus 35 Grad

Wissenschaftler von der Jiatong-Universität in Peking sowie von der Chinesischen Akademie der Wissenschaften haben nun eine Methode gefunden, mit denen die Akkus auch bei extremer Kälter lange halten. Dazu erhitzten sie ein Material namens ZIF-67 so lange, bis es eine unebene Oberfläche erhielt und so deutlich bessere Ladefähigkeiten aufwies. Daraufhin wurde die neugewonnene Substanz (namens zwölfseitige Karbon-Nanosphäre) in einer Batterie als Anode eingesetzt und das Lithium als Kathode (also die meist positive Elektrode).

Die Batterie zeigte bei Tests mit Temperaturen von plus 25 bis minus 20 Grad Celsius sehr gute Ladeeigenschaften - mit noch 85,9 Prozent der Ladekapazität bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt. Normale Lithium-Ionen-Akkus mit karbon-basierten Anoden verlieren dagegen unter null Grad nach und nach fast ihre gesamte Energie. Selbst bei minus 35 Grad war die neuartige Batterie noch aufladbar und gab danach fast 100 Prozent ihrer Ladung wieder ab. Indem ihre neu entwickelte Substanz künftig in Lithium-Ionen-Batterien verbaut wird, könnten sich ganz neue Möglichkeiten für deren Nutzung auch bei extremen Tiefsttemperaturen ergeben, resümieren die Forschenden.

cdi

Links/Studien

Die Studie "Riemannian Surface on Carbon Anodes Enables Li-Ion Storage at −35 °C" wurde am 08.06.2022 im Fachmagazin "ACS Publications" veröffentlicht.