WANDERAUSSTELLUNG ANTRIEB ZUKUNFT - Phaeno

Graphitschichten, sondern sitzen auch direkt auf den Schichtflächen
und lagern sich auch entlang von Kanten an. So lassen
sich viel mehr Lithium-Teilchen auf viel mehr Grahpit-Schichten
unterbringen. Das bedeutet mehr Entladekapazität. Allerdings
entladen sich diese Elektroden allerdings auch sehr schnell –
ein grundsätzliches Problem solcher Materialien.
Sicherheitskonzepte
Separator: Schmelze sorgt für Sicherheit
Viel energetischer Wumms macht eine Batterie fürs Elektroauto
attraktiv. Eine poröse Kunststoff-Folie als Separator etwa
sorgt dafür, dass sich Ladungen rasch zwischen Anode und
Kathode bewegen können. Im Notfall muss das aber schnell
gestoppt werden. Dafür sorgen zum Beispiel sogenannte
„Shutdown“-Separatoren: Bei etwa 130 Grad Celsius schmelzen
sie. Dabei verschwinden ihre Poren: Sie setzen sich einfach
zu. Vorbei ist die Ionenwanderung. So heizt sich die Batterie
bei einem „Kurzen“ nicht weiter auf.
Anode: Zugedeckt mit einer Sicher-Schicht
Als Elektrolyte werden oft flüssige, organische Elektrolyte
eingesetzt. Sie zersetzen sich bei Kontakt mit der Anode
beziehungsweise Kathode – auch, wenn die Batterie gar
nicht arbeitet. Hierbei bildet sich auf den Graphit-Anoden in
Lithium-Ionen-Batterien eine Deckschicht oder auch Passivierungsschicht:
Sie verhindert, dass sich der Elektrolyt übermäßig
weiter zersetzt. So funktioniert der Akku auch nach längerer
Lagerung sicher ohne Problem.
Gehäuse: Sicher nicht geplatzt
Auch das Gehäuse trägt zur Sicherheit bei. Es darf nicht
platzen – auch nicht, falls sich in der Batterie zum Beispiel
Gas bildet und sich deswegen womöglich ein hoher Druck
aufbaut. Hier springt eine Berst-Sicherung ein: Sie öffnet die
betroffene Zellen, sodass ab einem bestimmten Überdruck
kontrolliert Gas entweicht. Zusätzlich kann auch der Stromkreis
unterbrochen werden. Ein eingebautes Not-Aus, quasi.
Zellenlayout: Gestapelt, nicht gereiht
Stark dank Folienstapel: Fraunhofer-Forscher entwickeln bipolare
Batterie
Der berühmte Tropfen auf dem heißen Stein: Eine einzelne
elektrochemische Zelle richtet beim Elektroauto nur wenig aus.
Nur gemeinsam sind Batterie-Zellen stark. Deswegen werden
viele Zellen in Reihe hintereinander geschaltet. So summieren
sich die Spannungen – doch leider auch Größe und Gewicht.
Das bremst natürlich wieder. Wie also lassen sich Platz und Kilos
sparen? Fraunhofer-Forscher arbeiten an einer Batterie aus
Elektroden mit Zweifachfunktion: Der negative und positive
Pol sitzen auf der gleichen Trägerfolie. Ein Stapel solcher Folien
mit nur einem Gehäuse ist leichter und kleiner als andere Batterien
– und schafft mindestens genauso viel. Problematisch
ist jedoch, die Einzelzellen zu überwachen. Dafür muss eine
geeignete, robuste Materialkombination gefunden werden.
Die Redox-Flow-Batterie
Elektrolyt statt Benzin – So tankt man morgen
Neue Aufgabe für alte Zapfsäulen: Statt Sprit sprudelt morgen
womöglich Elektrolyt-Flüssigkeit in die Tanks. Fraunhofer-
Forscher haben eine Redox-Flow-Batterie für Autos entwickelt.
Die Idee stammt aus den 1970er Jahren: Zwei Flüssigkeiten
mit gelösten, geladenen Metall-Teilchen fließen durch eine
Batterie-Zelle, wo diese Teilchen Ladungen tauschen. Sind die
Lösungen verbraucht, tauscht man sie einfach an der Tankstelle
gegen frische aus: Abpumpen, tanken, fertig aus. Der
abgepumpte Elektrolyt kann dann wieder geladen werden,
etwa durch Windkraft oder Solarenergie.
Stop and Go? Das war einmal
Gegenüber Bleiakkus scheint die Redox-Flow-Batterie in
einen Jungbrunnen gefallen zu sein: Ihre Lebensdauer ist
etwa zehnmal so hoch. Gegenüber der Lithium-Ionen-Technik
fiel der neue Akku allerdings zunächst durch: Er speichert
deutlich weniger Energie. Nach nur 25 Kilometern hätte der
nächste Tankstopp angestanden. An diesem Nachteil wird nun
geforscht:
26 Exponat 4 - Batterie der Zukunft