Elektromobilität Neue Kathoden für stärkere Powerbatterien in China entwickelt

Von Henrik Bork*

In China forscht man intensiv an neuen Powerbatterien, um die Elektromobilität voranzutreiben. Neueste Entwicklung: ein Kathodenmaterial, das die Reichweite von E-Autos auf mehr als 1000 km erhöhen könnte.

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Die meisten derzeit auf dem Markt befindlichen ternären Lithium-Batterien oder Lithium-Eisenphosphat-Batterien haben eine Reichweite von ungefähr 500 Kilometern, was momentan noch viele Autofahrer vom Erwerb eines Elektroautos abhält.
Die meisten derzeit auf dem Markt befindlichen ternären Lithium-Batterien oder Lithium-Eisenphosphat-Batterien haben eine Reichweite von ungefähr 500 Kilometern, was momentan noch viele Autofahrer vom Erwerb eines Elektroautos abhält.
(Bild: ©pickup - stock.adobe.com)

Chinesische Forscher haben ein neues Kathodenmaterial entdeckt, dass die Reichweite von Powerbatterien angeblich auf mehr als 1000 Kilometer erhöhen kann. Man habe „einen neuen Typ von Batteriematerial entwickelt – ein Lithium-reiches Kathodenmaterial auf Manganbasis“, heißt es auf der Webseite der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS).

Neues Kathodenmaterial mit langer Zyklus-Stabilität

Methoden der Oberflächen-Modifikation wie eine spezielle Dotierung und Beschichtung der Oberfläche seien dazu eingesetzt worden, um dieses neue Kathodenmaterial zu entwickeln, schreiben die chinesischen Forscher. Es zeichne sich durch eine „hohe spezifische Kapazität und eine lange Zyklus-Stabilität“ aus, heißt es auf der Webseite von CAS.

Dem Bericht zufolge handelt es sich um einen technologischen Durchbruch des Teams um Liu Zhaoping am „Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering“ der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, das seit mehreren Jahren auf diesem Feld forscht.

Ziel: Reichweite von 500 km auf 1000 km erhöhen

Die meisten derzeit auf dem Markt befindlichen ternären Lithium-Batterien oder Lithium-Eisenphosphat-Batterien haben eine Reichweite von ungefähr 500 Kilometern, was momentan noch viele Autofahrer vom Erwerb eines Elektroautos abhält. Diese relativ geringe Reichweite gilt als problematisch, unter anderem weil man bislang auch in China außerhalb großer Städte noch relativ wenige Ladestationen findet.

Viele Entwicklungsteams und Hersteller setzen zur Zeit ihre Hoffnungen auf Festkörper-Batterien. Erste kommerziell erhältliche Modelle haben Reichweiten von 1000 Kilometern. Sie sind jedoch auch relativ teuer. Zunehmend verlagert sich momentan die Aufmerksamkeit vieler Forscher auch auf neuartige Hochleistungs-Materialien, von denen man sich neue Durchbrüche verspricht. So auch bei der CAS in Ningbo.

Dort hat man zuerst das Kathodenmaterial mit einem erhöhten Lithium-Gehalt und einem Ableitvermögen von bis zu 300 mAh/g entwickelt, was ungefähr das Doppelte dessen ist, was derzeit in kommerziellen Powerbatterien üblich ist.

Man hat entdeckt, dass die Aktivierung von Lithium-reichem Kathodenmaterial empfänglich ist für die lokale CO-Koordinations-Umgebung.

Zitat aus einem Artikel der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS)

Prototyp mit sehr hoher Energiedichte entwickelt

Das Team habe dann mit diesem neuen Material den Prototyp einer neuen Batterie mit einer Energiedichte von 400 Wh/kg gebaut, heißt es in einem Aufsatz der Wissenschaftler in „Material Today”. Man habe entdeckt, dass „die Aktivierung von Lithium-reichem Kathodenmaterial empfänglich sei für die „lokale CO-Koordinations-Umgebung”, schreiben die Forscher in ihrem Artikel.

Die Forschungsergebnisse beleuchteten die vitale Rolle von CO-Ionen in der Aktivierung der Sauerstoff-Prozesse und wie sie mit Hilfe von Lithium-reichem Kathodenmaterial beeinflusst werden können, heißt es sinngemäß in dem Aufsatz von „Material Today“.

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Jahrelange Forschungen zu neuen Kathodenmaterialien in China

Es handelt sich hier also um die Resultate jahrelanger Forschungen sowohl über die detaillierten Eigenschaften neuer Kathodenmaterialien, als auch um den Versuch, damit sofort die ersten Schritte einer Kommerzialisierung neuartiger Batterie-Typen anzustoßen. Der gesamte Prozess in Ningbo ist ein gutes Beispiel dafür, wie anwendungsorientiert chinesische Forscher oft arbeiten.

„Die Forschungsergebnisse klären im Detail das Verhältnis zwischen chemischer Komposition und der mikro-lokalen Struktur von Lithium-reichem Kathodenmaterial auf Mangan-Basis und können als wichtige theoretische Anleitung zum Design von solchem Kathodenmaterial mit hoher Kapazität dienen,“ heißt es dazu auf der Webseite von CAS.

E-Autos für Verbraucher attraktiver machen

Momentan sei die Reichweite von Powerbatterien eines der größten Hindernisse für eine schnelle Adoption der E-Mobilität durch die Verbraucher, schreiben die Forscher. 500 Kilometer seien noch weitgehend die Norm. Im Winter, bei sehr kalten Außentemperaturen, sinke die Reichweite um weitere 100 bis 200 Kilometer. „Wenn die Crusing-Reichweite auf 1000 Kilometer ausgedehnt wird, dann werden sich mehr Verbraucher für E-Autos entscheiden,“ heißt es im Bericht der Chinesischen Akademie der Wissenschaften.

* Henrik Bork, langjähriger China-Korrespondent der Süddeutschen Zeitung und der Frankfurter Rundschau, ist Managing Director bei Asia Waypoint, einer auf China spezialisierten Beratungsagentur mit Sitz in Peking. „China Market Insider“ ist ein Gemeinschaftsprojekt der Vogel Communications Group, Würzburg, und der Jigong Vogel Media Advertising in Beijing.

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