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Selbstheizende Li-Ion-Batterie hält 1,6 Millionen Kilometer
12.03.2021

Selbstheizende Li-Ion-Batterie hält 1,6 Millionen Kilometer

Wenn eine Fahrzeugbatterie über eine hohe Energie- und Leistungsdichte verfügt, z.B. ist dies notwendig bei Fahrten bergauf oder beim Beschleunigen, kann die Batterie unter besonders ungünstigen Bedingungen Feuer fangen. Materialien mit geringer Energie- und Leistungsdichte zeichnen sich dagegen in der Regel durch eine schlechtere Performance aus. Beide Anforderungen gleichzeitig abzudecken, ist eine extreme Herausforderung.

„Bei dieser Studie verfolgten wir einen völlig anderen Ansatz“, so Chao-Yang Wang, Professor für Mechanik, Chemie und Materialwissenschaften und Ingenieurwesen, sowie William E. Diefenderfer, Chair für Maschinenbau an der Penn State University. „Wir untergliederten die Arbeit in zwei Schritte. Zunächst wollten wir eine hochstabile Batterie aus hochstabilen Materialien bauen“, erklärte er. Im nächsten Schritt entwickelten die Forscher eine Schnellheizung.

Vor etwa vier Jahren entwickelte Wang eine selbstheizende Batterie, wodurch er dem Problem der schlechten Performance in kalten Klimazonen begegnen wollte. Durch elektrischen Strom erwärmt sich die Batterie in Sekunden auf etwa +60 °C. Dadurch steigt die Leistungsfähigkeit der Batterie sofort, denn die Kinetik besagt, dass die Reaktionsfähigkeit mit der Temperatur exponentiell zunimmt. So wird eine hohe Sicherheit gewährleistet, wenn die Batterie nicht gebraucht wird, und eine hohe Leistungsfähigkeit bei Belastung.

Die selbstheizende Batterie, auch als „All Climate Battery“ bezeichnet, wurde von diversen Automobilherstellern, wie u.a. BMW, aufgegriffen und für den Antrieb einer Flotte von 10.000 Elektro-Fahrzeugen verwendet, die bei den nächsten Olympischen Winterspielen in Peking die Menschen zwischen den Austragungsorten befördern sollen.

Mithilfe eines Nageleindringtests untersuchte das Battery and Energy Storage Technology Center der Penn State University, die Betriebssicherheit der Batterie. Hierbei wird durch einen Nagel ein Kurzschluss in der Batteriezelle provoziert. Im nächsten Schritt wird kontrolliert, wie sich die Zelle in Bezug auf Temperatur und Spannung verhält. Die Temperatur stieg dabei nur um 100 K an; in einer Standardbatteriezelle steigt die Temperatur um 1000 K an. Dies stellt also eine enorme Verbesserung dar.

Da die Batterien aus stabilen Materialien gefertigt sind, ist auch die Lebensdauer hoch. Selbst bei +60 °C liegt ihre Zyklenzahl bei über 4000, dies entspricht 1,6 Mio. Kilometer. 

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Quelle: elektroniknet.de, Ralf Higgelke, 10.03.2021
Bild: Jennifer McCann / Penn State