Das Gewicht ist ein entscheidender Faktor bei der Entwicklung und Weiterentwicklung der tragbaren und mobilen batteriegestützten Technologie. Die allmähliche Verringerung von Größe und Gewicht der Batterie hat in den letzten Jahren zu einem Aufschwung der Mobiltechnologie geführt. Nehmen wir das Mobiltelefon als Beispiel, das erste tragbare Mobiltelefon im Jahr 1973 wog 2,4 Pfund (mehr als 1 Kilogramm) und hielt nur 30 Minuten durch, bevor es 10 Stunden lang aufgeladen werden musste. Aktuelle Smartphones wiegen je nach Größe etwa 150 bis 230 Gramm und halten bis zu 8 oder 9 Stunden durch, bevor sie aufgeladen werden müssen.
Kleinere und langlebigere Batterien haben auch dazu geführt, dass Laptops, Tablets, Smartwatches und andere tragbare Technologien im Laufe der Jahre immer mehr an Bedeutung gewonnen haben.
Wie sieht es bei größeren Anwendungen wie Fahrzeugen aus? Die Erhöhung der Energiedichte bei gleichem Gewicht hat der Elektrofahrzeugindustrie in den letzten Jahren einen deutlichen Aufschwung beschert. Dennoch machen die Batterien immer noch einen erheblichen Teil des Gesamtgewichts eines Elektrofahrzeugs aus, bis zu 30 Prozent der Gesamtmasse des Fahrzeugs. Da schwerere Fahrzeuge mehr Energie und damit mehr Batterien benötigen, ist es wichtig, die Effizienz der Energiespeicherung durch eine Gewichtsreduzierung der Fahrzeuge zu erhöhen. Dies ist besonders wichtig, wenn elektrische Alternativen für größere Fahrzeuge wie Lastwagen, Boote und sogar Flugzeuge eingeführt werden sollen.
Verringerung des Gewichts der Batterien
Verschiedene Forscher versuchen, dies auf unterschiedliche Weise zu erreichen. In einer kürzlich veröffentlichten ForschungWissenschaftler der Stanford University und des SLAC National Accelerator Laboratory des Energieministeriums haben erfolgreich einen neuen Stromkollektor 80% entwickelt, der leichter ist als die bisherigen Kollektoren.
Jede Batterie verfügt über zwei Stromabnehmer, von denen einer mit jeder Elektrode verbunden ist, um den in die Batterie hinein oder aus ihr heraus fließenden Strom zu verteilen. Den Wissenschaftlern zufolge wurde diese Komponente immer als Ballast betrachtet, da es schwierig war, sie in die Verbesserung der Gesamtleistung der Batterie einzubeziehen. Außerdem kann sie 15% bis 50% des Gesamtgewichts der Batterie ausmachen. Eine Verbesserung dieser einzelnen Komponente könnte also das Gewicht der Batterie erheblich reduzieren und die Effizienz der Batterie erhöhen.
Das neue Stromabnehmerdesign verwendet Polyimid, ein leichtes Polymer, das mit einem feuerhemmenden Mittel eingebettet und mit einer ultradünnen Kupferschicht überzogen ist. Die Gewichtsreduzierung des Stromabnehmers führt zu einer Erhöhung der Energiedichte von 16-26%.
In einem weiteren Beispiel haben Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit (LBF) die Elektrofahrzeug-Batterie Gewicht nach Änderung des Gehäusematerials des Akkupacks. Durch den Einsatz von Faser-Kunststoff-Verbundwerkstoffen als Ersatz für das Aluminiumgehäuse heutiger Akkupacks konnten sie das Gewicht des Akkupacks um 40% reduzieren. Nach Angaben des Instituts erhöht sich dadurch auch die Reichweite und Dynamik des Elektroautos durch zusätzliche integrierte Funktionen.
Teslas Pläne zur das Akkupaket zu integrieren direkt in die Fahrzeugstruktur zu integrieren, ist eine weitere Möglichkeit für Hersteller von Elektrofahrzeugen, das Gewicht der Batterie zu reduzieren. Anstatt die Batterie in einem separaten Gehäuse unterzubringen, plant Tesla, das Akkupaket als integralen Bestandteil der Fahrzeugstruktur zu verwenden und so überflüssige Masse zu entfernen, um das Gewicht des Pakets zu reduzieren.
Die Vorteile von leichteren Batterien
Wie beim Mobiltelefon ist eine enorme Verringerung der Größe und des Gewichts von Batterien möglich, auch wenn es Jahrzehnte dauern könnte, bis die Technologie ausgereift genug ist. Während die Batterien unserer Smartphones und Laptops bereits auf eine relativ handliche Größe reduziert wurden, gibt es noch viele Branchen, die von leichteren Batterien profitieren würden. Intelligente Kleidung und medizinische Geräte könnten mit leichteren, kompakteren und dichteren Batterien weiter vorankommen.
Vor allem elektrische Alternativen für größere Fahrzeuge wie Lastwagen, Schiffe und Flugzeuge Günstiger wäre es, wenn die Energiedichte einer Batterie steigt und ihr Gewicht sinkt. Die Zukunft ist jedoch vielversprechend: Kürzlich begannen die Niagarafälle mit der zwei vollelektrische Fährschiffe für ihre Touren, was einen Schritt nach vorne bei der Einführung von elektrischen Alternativen in der maritimen Industrie bedeutet und den Bedarf an leichteren, energieeffizienten Energiespeichern vorantreibt.
Wenden Sie sich an Arbin, um zu erfahren, wie wir Sie bei Ihren Batterie-Innovationen unterstützen können.
