Eine neue Art vonBatterie für Elektrofahrzeugekönnen einer aktuellen Studie zufolge bei extrem heißen und kalten Temperaturen länger überleben.

Wissenschaftler sagen, dass die Batterien es Elektrofahrzeugen ermöglichen würden, bei kalten Temperaturen mit einer einzigen Ladung weiter zu fahren – und dass sie in heißen Klimazonen weniger anfällig für Überhitzung wären.

Dies würde dazu führen, dass Fahrer von Elektrofahrzeugen weniger häufig aufladen müsstenBatterienein längeres Leben.

Das amerikanische Forschungsteam hat eine neue Substanz entwickelt, die chemisch beständiger gegen extreme Temperaturen ist und hochenergetischen Lithiumbatterien zugesetzt wird.

„Man braucht einen Hochtemperaturbetrieb in Gegenden, in denen die Umgebungstemperatur dreistellige Werte erreichen kann und die Straßen noch heißer werden“, sagte der leitende Autor Professor Zheng Chen von der University of California-San Diego.

„Bei Elektrofahrzeugen befinden sich die Batteriepakete normalerweise unter dem Boden, in der Nähe dieser heißen Straßen.Außerdem erwärmen sich Batterien schon allein durch den Stromdurchfluss während des Betriebs.

„Wenn die Batterien diese Erwärmung bei hohen Temperaturen nicht vertragen, lässt ihre Leistung schnell nach.“

In einem am Montag in der Fachzeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences veröffentlichten Artikel beschreiben die Forscher, wie die Batterien in Tests bei –40 Grad Celsius (–104 Fahrenheit) und 50 Grad Celsius (122 Fahrenheit) 87,5 Prozent bzw. 115,9 Prozent ihrer Energiekapazität behielten ) jeweils.

Sie hatten außerdem einen hohen Coulomb-Wirkungsgrad von 98,2 Prozent bzw. 98,7 Prozent, was bedeutet, dass die Batterien mehrere Ladezyklen durchlaufen können, bevor sie nicht mehr funktionieren.

Dies ist auf einen Elektrolyten zurückzuführen, der aus Lithiumsalz und Dibutylether besteht, einer farblosen Flüssigkeit, die in einigen Produktionsbereichen wie Arzneimitteln und Pestiziden verwendet wird.

Dibutylether hilft, da seine Moleküle beim Betrieb der Batterie nicht so leicht mit Lithiumionen interagieren und ihre Leistung bei Minustemperaturen verbessern.

Darüber hinaus hält Dibutylether der Hitze bei seinem Siedepunkt von 141 Grad Celsius (285,8 Fahrenheit) problemlos stand und bleibt daher auch bei hohen Temperaturen flüssig.

Das Besondere an diesem Elektrolyten ist, dass er mit einer Lithium-Schwefel-Batterie verwendet werden kann, die wiederaufladbar ist und über eine Anode aus Lithium und eine Kathode aus Schwefel verfügt.

Anoden und Kathoden sind die Teile der Batterie, durch die der elektrische Strom fließt.

Lithium-Schwefel-Batterien sind ein bedeutender nächster Schritt bei Elektrofahrzeugbatterien, da sie bis zu doppelt so viel Energie pro Kilogramm speichern können wie aktuelle Lithium-Ionen-Batterien.

Dies könnte die Reichweite von Elektrofahrzeugen verdoppeln, ohne das Gewicht zu erhöhenBatteriepacken und gleichzeitig die Kosten niedrig halten.

Schwefel kommt außerdem häufiger vor und verursacht an der Quelle weniger Umwelt- und menschliches Leid als Kobalt, das in herkömmlichen Kathoden für Lithium-Ionen-Batterien verwendet wird.

Typischerweise gibt es bei Lithium-Schwefel-Batterien ein Problem: Schwefelkathoden sind so reaktiv, dass sie sich bei laufender Batterie auflösen, was bei höheren Temperaturen noch schlimmer wird.

Und Lithiummetallanoden können nadelartige Strukturen, sogenannte Dendriten, bilden, die Teile der Batterie durchdringen und so einen Kurzschluss verursachen können.

Daher halten diese Batterien nur bis zu mehreren zehn Zyklen.

Der vom UC-San Diego-Team entwickelte Dibutylether-Elektrolyt behebt diese Probleme, selbst bei extremen Temperaturen.

Die von ihnen getesteten Batterien hatten eine viel längere Lebensdauer als eine typische Lithium-Schwefel-Batterie.

„Wenn Sie eine Batterie mit hoher Energiedichte wollen, müssen Sie normalerweise eine sehr aggressive und komplizierte Chemie verwenden“, sagte Chen.

„Hohe Energie bedeutet, dass mehr Reaktionen stattfinden, was weniger Stabilität und mehr Abbau bedeutet.

„Die Herstellung einer stabilen Hochenergiebatterie ist an sich schon eine schwierige Aufgabe – der Versuch, dies über einen weiten Temperaturbereich hinweg zu erreichen, ist noch schwieriger.“

„Unser Elektrolyt trägt zur Verbesserung sowohl der Kathodenseite als auch der Anodenseite bei und sorgt gleichzeitig für eine hohe Leitfähigkeit und Grenzflächenstabilität.“

Das Team hat außerdem die Schwefelkathode stabiler gestaltet, indem es sie auf ein Polymer aufgepfropft hat.Dadurch wird verhindert, dass sich mehr Schwefel im Elektrolyten auflöst.

Zu den nächsten Schritten gehört die Skalierung der Batteriechemie, sodass sie bei noch höheren Temperaturen funktioniert und die Zyklenlebensdauer weiter verlängert.