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Alter Batterietyp erhält einen Energieschub
Fast jeder Autohersteller, der an der Herstellung von Elektroautos interessiert ist, setzt auf Verbesserungen an Lithium-Ionen-Batterien, um die Autos billiger zu machen und ihre Reichweite zu erhöhen.
Aber Wissenschaftler an BASF untersuchen die Möglichkeiten eines älteren Batterietyps, Nickel-Metallhydrid, der jetzt in Hybriden verwendet wird. Sie haben kürzlich die Energiemenge, die diese Batterien speichern können, verdoppelt und sie damit mit Lithium-Ionen-Batterien vergleichbar gemacht. Und sie haben einen Plan, sie noch weiter zu verbessern und die Energiespeicherung möglicherweise um das Achtfache zu erhöhen.
Die BASF-Forscher streben Batterien an, die mit 146 US-Dollar pro Kilowattstunde etwa halb so viel kosten wie die günstigsten Lithium-Ionen-Akkus für Elektroautos.
Lithium-Ionen-Batterien wurden in vielen Anwendungen bevorzugt, weil sie leichter und kompakter sind – deshalb haben sie Nickel-Metallhydrid-Batterien in den meisten tragbaren Elektronikgeräten ersetzt.
Aber Nickel-Metallhydrid-Batterien haben einige entscheidende Vorteile in Autos, weshalb sie seit Jahrzehnten in Hybriden verwendet werden. Sie sind langlebig und von Natur aus sicherer als Lithium-Ionen-Batterien, teilweise weil sie keine brennbaren Flüssigkeiten verwenden, wie es bei Lithium-Ionen-Batterien der Fall ist – sie fangen kein Feuer, wenn sie überhitzen oder überladen werden, also ihre Kühlsysteme und elektronischen Steuerungen sind viel einfacher. Sicherheitssysteme können die Kosten eines Lithium-Ionen-Batteriepacks um etwa 25 Prozent erhöhen und ihr Gewicht um 50 Prozent erhöhen, basierend auf Daten der Industriegruppe U.S. Advanced Battery Consortium.
Zu diesen inhärenten Vorteilen fügten die BASF-Wissenschaftler Verbesserungen an den in den Batterien verwendeten Materialien auf Nickelbasis hinzu. Die Änderung der Mikrostruktur trug dazu bei, sie haltbarer zu machen, was wiederum Änderungen am Zelldesign ermöglichte, die beträchtliches Gewicht sparten und eine Speicherung von 140 Wattstunden pro Kilogramm ermöglichten.
Lithium-Ionen-Batteriezellen können weitaus mehr speichern – in einigen Fällen 230 Wattstunden pro Kilogramm. Wenn Sie jedoch das zusätzliche Gewicht der Sicherheitssysteme und die Tatsache berücksichtigen, dass ein Großteil der Energie in Reserve gehalten wird, um den Verschleiß zu reduzieren und die Energiespeicherkapazität mit der Zeit schwinden zu lassen, kann dieser Vorteil verschwinden.
Eine kürzlich durchgeführte Analyse ergab, dass die insgesamt nutzbare Energiespeichermenge in Lithium-Ionen-Elektroautobatterien zwischen 60 und 120 Wattstunden pro Kilogramm liegt. Ob die BASF-Zellen genauso lange halten wie herkömmliche Nickel-Metallhydrid-Batterien, müssen Forscher noch testen.
Der nächste Schritt für BASF besteht darin, radikalere Änderungen an Nickel-Metallhydrid-Batterien vorzunehmen und die derzeit verwendeten Materialien durch solche auszutauschen, die mehr Energie speichern und höheren Spannungen standhalten können.