{"id":69948,"date":"2021-04-06T09:26:19","date_gmt":"2021-04-06T07:26:19","guid":{"rendered":"https:\/\/www.sonnenseite.com\/?p=69948"},"modified":"2021-04-06T09:26:20","modified_gmt":"2021-04-06T07:26:20","slug":"grosser-durchbruch-fuer-masselose-energiespeicher","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.sonnenseite.com\/de\/wissenschaft\/grosser-durchbruch-fuer-masselose-energiespeicher\/","title":{"rendered":"Gro\u00dfer Durchbruch f\u00fcr \u201cmasselose\u201d Energiespeicher"},"content":{"rendered":"\n

Kohlenstofffasern dienen gleichzeitig als Elektrode, Leiter und tragendes Material.<\/p>\n\n\n\n

Forscher der schwedischen Chalmers University of Technology<\/a> haben eine strukturierte Batterie hergestellt, die zehnmal besser funktioniert als alle bisherigen Versionen. Sie enth\u00e4lt Kohlenstofffasern, die gleichzeitig als Elektrode, Leiter und tragendes Material dienen. Ihr neuester Forschungsdurchbruch ebnet den Weg f\u00fcr eine im Wesentlichen \u201cmasselose\u201d Energiespeicherung in Fahrzeugen und anderen Technologien.<\/p>\n\n\n\n

Die Batterien in heutigen Elektroautos machen einen gro\u00dfen Teil des Fahrzeuggewichts aus, ohne eine tragende Funktion zu erf\u00fcllen. Eine Strukturbatterie hingegen ist eine Batterie, die sowohl als Energiequelle als auch als Teil der Struktur \u2013 zum Beispiel in einer Autokarosserie \u2013 funktioniert. Dies wird als \u201cmasseloser\u201d Energiespeicher bezeichnet, da das Gewicht der Batterie im Grunde genommen verschwindet, wenn sie Teil der tragenden Struktur wird. Berechnungen zeigen, dass diese Art von multifunktionaler Batterie das Gewicht eines Elektrofahrzeugs stark reduzieren k\u00f6nnte.<\/p>\n\n\n\n

Die Entwicklung von Strukturbatterien an der Chalmers University of Technology basiert auf jahrelanger Forschung, einschlie\u00dflich fr\u00fcherer Entdeckungen mit bestimmten Arten von Kohlenstofffasern. Diese sind nicht nur steif und stark, sondern haben auch eine gute F\u00e4higkeit, elektrische Energie chemisch zu speichern. Diese Arbeit wurde von Physics World<\/em> als einer der zehn gr\u00f6\u00dften wissenschaftlichen Durchbr\u00fcche des Jahres 2018 bezeichnet.<\/p>\n\n\n\n

Der erste Versuch, eine strukturelle Batterie herzustellen, wurde bereits 2007 unternommen, aber es erwies sich bisher als schwierig, Batterien mit sowohl guten elektrischen als auch mechanischen Eigenschaften herzustellen. Doch nun hat die Entwicklung einen echten Schritt nach vorne gemacht: Forscher von Chalmers haben in Zusammenarbeit mit der K\u00f6niglichen Technischen Hochschule in Stockholm (KTH)<\/a> eine Strukturbatterie vorgestellt, deren Eigenschaften in Bezug auf elektrische Energiespeicherung, Steifigkeit und Festigkeit alles bisher Dagewesene weit \u00fcbertreffen. Die multifunktionale Leistung ist zehnmal h\u00f6her als bei bisherigen strukturellen Batterieprototypen.<\/p>\n\n\n\n

Die Batterie hat eine Energiedichte von 24 Wh\/kg, was etwa 20 Prozent Kapazit\u00e4t gegen\u00fcber vergleichbaren, derzeit erh\u00e4ltlichen Lithium-Ionen-Batterien bedeutet. Da aber das Gewicht stark reduziert werden kann, wird weniger Energie ben\u00f6tigt, um z.B. ein Elektroauto anzutreiben, und die geringere Energiedichte f\u00fchrt auch zu einer h\u00f6heren Sicherheit. Und mit einer Steifigkeit von 25 GPa kann die Strukturbatterie tats\u00e4chlich mit vielen anderen g\u00e4ngigen Baumaterialien konkurrieren.<\/p>\n\n\n\n

\u201cFr\u00fchere Versuche, strukturelle Batterien herzustellen, haben zu Zellen gef\u00fchrt, die entweder gute mechanische Eigenschaften oder gute elektrische Eigenschaften haben. Aber hier ist es uns gelungen, mit Hilfe von Kohlenstofffasern eine strukturelle Batterie zu entwerfen, die sowohl eine konkurrenzf\u00e4hige Energiespeicherkapazit\u00e4t als auch Steifigkeit aufweist\u201d, erkl\u00e4rt Leif Asp, Professor bei Chalmers und Leiter des Projekts.<\/p>\n\n\n\n

Superleichte Elektrofahrr\u00e4der und Unterhaltungselektronik k\u00f6nnten bald Realit\u00e4t werden
Die neue Batterie hat eine negative Elektrode aus Kohlefaser und eine positive Elektrode aus einer mit Lithium-Eisenphosphat beschichteten Aluminiumfolie. Sie sind durch ein Glasfasergewebe in einer Elektrolytmatrix getrennt. Obwohl es den Forschern gelungen ist, eine strukturelle Batterie zu schaffen, die zehnmal besser ist als alle bisherigen, haben sie die Materialien nicht gew\u00e4hlt, um Rekorde zu brechen \u2013 vielmehr wollten sie die Auswirkungen der Materialarchitektur und der Separatordicke untersuchen und verstehen.<\/p>\n\n\n\n

Jetzt l\u00e4uft ein neues, von der schwedischen Raumfahrtbeh\u00f6rde finanziertes Projekt, bei dem die Leistung der Strukturellen Batterie noch weiter gesteigert werden soll. Die Aluminiumfolie wird durch Kohlefaser als tragendes Material in der positiven Elektrode ersetzt, wodurch sowohl die Steifigkeit als auch die Energiedichte erh\u00f6ht werden. Der Glasfaser-Separator wird durch eine ultrad\u00fcnne Variante ersetzt, die einen deutlich gr\u00f6\u00dferen Effekt \u2013 und auch schnellere Ladezyklen \u2013 erm\u00f6glicht. Das neue Projekt wird voraussichtlich innerhalb von zwei Jahren abgeschlossen sein.<\/p>\n\n\n\n

Quellen:<\/strong><\/p>\n\n\n\n