Die Verfügbarkeit von Schnelllademöglichkeiten wird einer der wichtigsten Faktoren für die Einführung von Elektrofahrzeugen sein. Die derzeitigen öffentlichen Gleichstrom-Ladegeräte können ein Fahrzeug bis zu 80% in einer halben bis einer Stunde - im Vergleich zu den wenigen Minuten, die das Betanken eines Verbrennungsmotors dauert, immer noch eine recht lange Zeit. Mehrere Hersteller und Entwickler arbeiten jetzt daran, das Schnellladen zu ermöglichen. Ist die Technologie endlich so weit, dass die Batterien von Elektrofahrzeugen schnell geladen werden können?
Wie schnell ist schnell?
Je nach Batterie und Ladegerät kann das Aufladen einer typischen 60-kWh-EV-Batterie zwischen 30 Minuten und 8 Stunden dauern. In städtischen Gebieten, in denen Autos zu Hause oder in Parkhäusern aufgeladen werden können, scheint dies kein Problem zu sein, da die Autos während der Arbeit oder über Nacht zu Hause aufgeladen werden können. An Orten, an denen es nur wenige Ladestationen gibt, kann diese Zahl jedoch entmutigend wirken.
In der gesamten Branche versuchen Forscher und Hersteller, die Ladezeiten auf mindestens zehn Minuten zu verkürzen, wobei einige ehrgeizige Hersteller sogar fünf Minuten anstreben; damit wäre das Aufladen von E-Fahrzeugen genauso schnell wie das Betanken herkömmlicher Autos.
Warum ist es so schwierig, das Schnellladen zu definieren?
Da es sich bei einer Batterie um eine elektrochemische Zelle handelt, wird ihre Stabilität von zahlreichen Faktoren wie Materialien, Temperatur, Nutzung usw. bestimmt. Wenn eine Batterie nicht gut gepflegt wird, kann sie sich sehr schnell verschlechtern und veralten; Schnellladung könnte diesen Verschlechterungsprozess beschleunigen.
A Studie von der University of California, Riverside, führten ein Experiment durch, bei dem genau dies festgestellt wurde. Nach dem Aufladen von Batteriezellen mit dem Standardverfahren der Industrie für das Schnellladen von E-Fahrzeugen stellten sie fest, dass die Batteriekapazität nach nur 40 Ladezyklen um 40% abnahm. Eine EV-Batterie wird bei einer Kapazität von weniger als 80% als unbrauchbar angesehen, so dass die Zellen nach 25 Zyklen praktisch unbrauchbar waren. Nach 60 Zyklen brachen die Zellen sogar auf.
Warum ist dies der Fall? Durch schnelles Laden erhöht sich der Innenwiderstand einer Zelle rapide, was bedeutet, dass die nutzbare Kapazität einer Batterie sinkt. Ein Grund dafür ist die Bildung von Lithiumplattierungen, bei denen sich das Lithium an der Anode anlagert und die die Integrität der Zelle beeinträchtigen können. Wenn die Ladeleistung zunimmt, steigt auch die Wärme im Inneren der Zelle. Dies führt zu einer Gasbildung, wodurch die Batterie anschwillt, was schließlich zu einem Brand oder einer Explosion führen kann.
Was wird unternommen, um das Schnellladen zu ermöglichen?
Aus diesen Gründen müssen an mehreren Fronten Änderungen vorgenommen werden, um das Schnellladen praktikabel zu machen. Eine Methode, dies zu erreichen, ist der Austausch bestimmter Materialien innerhalb der Zelle.
Das israelische Unternehmen StoreDot hat sich bei der Entwicklung seiner Schnellladebatterie auf die Aktualisierung der Batteriechemie konzentriert, um diese zu unterstützen. Die meisten gängigen Lithium-Ionen-Batterien verwenden eine Graphitanode. Das Unternehmen verwendete Nanopartikel auf Germaniumbasis die dazu beitrugen, Probleme bei der Sicherheit, der Lebensdauer der Batterie und der Schwellung zu lösen. Das Batteriedesign wurde mit Verbraucherprodukten, Drohnen und zweirädrigen Elektrofahrzeugen getestet. StoreDot hat auch Zellen hergestellt, um die Schnellladefähigkeit von Elektroautos zu demonstrieren.
Ein weiteres laufendes Schnellladeprojekt stammt von Ingenieuren der Penn State, die ein Lithium-Eisenphosphat-Akku, der in nur 10 Minuten aufgeladen werden kann. Die Batterie nutzt einen Selbsterhitzungsansatz, um die Batterie auf bis zu 140 Grad Fahrenheit zu erhitzen und so den Ladevorgang zu erleichtern. Die Forscher haben die Batterie auch mit kostengünstigen Materialien entworfen, um sie massenmarkttauglich zu machen.
Mit der kontinuierlichen Verbesserung der Batterie- und Ladetechnologie könnte das Schnellladen von Elektrofahrzeugen schon bald weit verbreitet sein. Auch wenn es noch andere Veränderungen geben muss, wie z.B. den Aufbau der Infrastruktur für das Schnellladen, ist dies ein Schritt in Richtung Dekarbonisierung des Verkehrs.
Erfahren Sie mehr darüber, wie Arbin die Revolution der Elektrofahrzeuge unterstützt hier.
