Elektroauto lädt bei Kälte dank University of Michigan 500 Prozent schneller

Warum Kälte das Laden von Elektroautos bremst

Ein Elektroauto bei frostigen Aussentemperaturen schneller zu laden, ist schwierig. Die Kälte verändert die Chemie der Batterie und verlangsamt dadurch die Wanderung der Ionen zwischen den Elektroden. Ein Forschungsteam hat nun die Ladegeschwindigkeit von Elektroautos unter kalten Bedingungen um beachtliche 500 Prozent gesteigert – ohne dabei die Energiedichte zu verringern.

Wie das gelingt? Magie! Staunen! Hoffnung! Das Team der University of Michigan unter der Leitung des ausserordentlichen Professors Neil Dasgupta setzte eine Beschichtung aus Lithiumborat und -carbonat ein – wir nennen sie einfach „das glasartige Material“. Sie verhindert Lithiumabscheidungen und ermöglicht so die eindrucksvolle Verbesserung der Ladegeschwindigkeit.

Um genauer nachzuvollziehen, wie diese klugen Köpfe das geschafft haben, folgt ein kleiner Ausflug in die Grundlagen der Naturwissenschaften.

Langsame Ionen führen zu zwei Problemen: Das Laden dauert länger, und weil weniger Ionen verfügbar sind, sinkt die Energiedichte – und damit die Reichweite. Um die geringere Batteriereichweite auszugleichen, machen Autohersteller die Elektroden, also Anode und Kathode, dicker. Dahinter steckt die Annahme, dass eine grössere Oberfläche mehr Ionenreaktionen ermöglicht und die langsameren Vorgänge ausgleicht. Bis hierhin klingt alles noch recht einfach.

Lithiumablagerungen auf der Anode

Ganz so einfach ist es allerdings nicht. Während der chemischen Reaktion lagert sich Lithium auf der Anode ab und überzieht sie ähnlich wie billiger Schmuck, der wertvoll wirken soll. Diese Ablagerungen verhindern, dass die chemischen Prozesse weiterlaufen. Und die grösseren Elektroden erhöhen zusätzlich das Gewicht des Batteriepakets, ohne die Energiedichte zu verbessern. Ein Albtraum.

In einer früheren Studie bohrten Dasgupta und sein Team mit verdammten Lasern winzige Löcher in die dickeren Elektroden, um die für Reaktionen verfügbare Oberfläche weiter zu vergrössern. Bei Umgebungstemperaturen verkürzte das die Ladezeiten hervorragend, bei tieferen Temperaturen brachte es jedoch kaum Vorteile. Der Grund: eben diese Ablagerungen.

Glasartige Beschichtung beschleunigt das Laden bei Kälte

Für die neue Studie überzogen die Forschenden die Anode mit dem glasartigen Material, damit sich das Lithium nicht ansammelt. Selbst bei Temperaturen bis hinunter zu -10 °C luden sich die Zellen anschliessend fünfmal schneller als zuvor auf. Darüber hinaus stellten die Forschenden fest, dass die veränderten Batterien selbst nach 100 Ladezyklen bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt noch 97 Prozent ihrer Kapazität behielten. Weniger Alterung – ein klarer Gewinn.

Gewiss: Bislang handelt es sich ausschliesslich um Laborergebnisse. Dennoch klingt der Ansatz aus glasartigem Material und Lasern vielversprechend – nicht zuletzt, weil Professor Dasgupta betont, dass Autohersteller diese vergleichsweise kleine Änderung mit überschaubaren Anpassungen in bestehenden Produktionsanlagen umsetzen könnten.