Der 5-Minuten-Akku

Seit Jahren bauen Handyhersteller fast ausschließlich Lithium-Akkus in ihre Geräte ein. Auch für künftige Elektroautos sind diese Batterien derzeit einer der Hoffnungsträger. Ihr Vorteil: Sie speichern elektrische Ladung besonders effektiv und lassen sich sehr oft wieder aufladen, ohne dadurch an Kapazität einzubüßen.

Allerdings schwächelt diese Sorte von Akkus, wenn es ums Ladetempo geht: Elektronen und Lithium-Ionen bewegen sich ausgesprochen behäbig durch das Innere der Batterie. Mühsam müssen sich die elektrisch geladenen Teilchen beim Aufladen den Weg durch die Kathode – den aus Lithium-Eisen-Phosphat (LiFePO4) bestehenden, negativ geladenen Pol des Akkus – bahnen, um zur entgegengesetzt geladenen Anode zu gelangen. Wie in einem Irrgarten zwängen sie sich durchs Material und suchen nach Tunneln. Die Oberfläche der Kathode versperrt ihnen den Weg. Die Folge: Bei einem Elektroauto mit Lithium-Ionen-Akku muss der Fahrer sechs bis acht Stunden lang warten, bis die leere Batterie wieder vollständig aufgeladen ist. Doch Byoungwoo Kang und Gerbrand Ceder, zwei US-amerikanische Forscher am Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Cambridge bei Boston, präsentierten kürzlich im Fachmagazin „Nature“ eine Lösung für dieses Problem: eine neue Art von Lithium-Akku, dessen Kathode die beiden Forscher mit einer leicht modifizierten Lithium-Eisen-Phosphat-Substanz beschichtet haben. Dieses Material bewahrt bei Hitze seinen glasartigen Charakter. Die Kathode fängt die Lithium-Ionen wie ein Trichter ein und bugsiert sie auf einer Art „Umgehungsstraße“ zielsicher und schnell durch das hemmende Material des Minus-Pols. Das Resultat ist vielversprechend: Die Ladedauer eines Akkus in einem Elektroauto schrumpft auf fünf Minuten. Die Batterien eines Mobiltelefons lassen sich auf diese Weise sogar in rasanten 10 bis 20 Sekunden aufladen. Das kleine Modellsystem von Kang und Ceder verknüpft zwei Eigenschaften von Akkus, die bislang simultan kaum unter einen Hut zu bringen waren: eine große Energiedichte und eine ebenso hohe Leistungsdichte. Die Energiedichte gibt an, wie viel Energie pro Volumen oder Masse die Batterie speichern kann. Je höher dieser Wert ist, umso weiter kommt man mit einer Batterie bestimmter Größe, ohne sie nachladen zu müssen. Die Leistungsdichte ist ein Maß dafür, wie schnell die Zelle diese Energie aufnehmen oder abgeben kann. Sie bestimmt das Beschleunigungsvermögen. Damit ein E-Auto eine große Reichweite hat und eine spritzige Fahrweise ermöglicht, müssen Energie- und Leistungsdichte groß sein. Das erfüllen Lithium-Ionen-Akkus am besten.

Bei dem Lithium-Ionen-Akku von den Forschern des MIT sorgt die kompakte Bauweise für eine hohe Energiedichte und die glasartige Beschichtung für eine extrem hohe Leistungsdichte. Davon soll künftig auch die Autoindustrie profitieren können. Wenn der Fahrer eines E-Mobils nur noch fünf Minuten zum Laden der Fahrzeug-Akkus bräuchte, wäre er an der E-Zapfsäule ähnlich schnell fertig wie andere Autofahrer mit einer Benzin- oder Diesel-Karosse. Ein weiterer Vorteil: Laut den MIT-Forschern ließen sich die Elektroautos mit den neuartigen Batterien – anders als herkömmliche E-Vehikel – kraftvoll beschleunigen, ohne dass sich die Akkus vorschnell entladen. Um das auszuprobieren, muss man allerdings noch etwa zwei bis drei Jahre warten. So lange, schätzen Kang und Ceder, wird es dauern, bis die ersten Wagen mit Turbo-Akku auf den Straßen rollen. Joachim Eiding

Nationaler Entwicklungsplan Elektromobilität der deutschen Bundesregierung: www.bmbf.de/de/13886.php

Fraunhofer-Magazin „weiter.vorn“ 4/09 mit dem Titelthema Elektromobilität (als pdf):

Gute Informationen über Elektrofahrzeuge:

Umfassende Übersicht zu Elektroautos: