Batteriekonzept des Fraunhofer IKTS 1000 km Reichweite für Elektrofahrzeuge

Batterien benötigen viel Platz. Das neue Batteriekonzept des Fraunhofer IKTS soll das ändern.
Batterien benötigen viel Platz. Das neue Batteriekonzept des Fraunhofer IKTS soll das ändern.

Bisher sind Elektroautos für weite Strecken ungeeignet. Schuld daran sind unter anderem die Batterien, die viel Platz benötigen. Doch die Forscher vom Fraunhofer IKTS wollen mehr Leistung ins E-Fahrzeug bringen: Ein neues Batteriekonzept soll die Reichweiten der Fahrzeuge auf 1000 km erhöhen.

Je nach Modell stecken in einem Elektroauto hunderte bis tausende separate Batteriezellen. Jede einzelne ist von einem Gehäuse umhüllt, über Anschlüsse und Leitungen mit dem Auto verbunden und wird von Sensoren überwacht. Allein Gehäuse und Kontaktierung nehmen mehr als 50 Prozent des Raums ein. Außerdem können die Zellen nicht beliebig dicht aneinander gepackt werden. Die Bauweise raubt Platz. Doch nicht nur das: An den zahlreichen Anschlüssen der kleinteilig aufgebauten Zellen entstehen elektrische Widerstände, die die Leistung reduzieren.

Batterien stapeln für mehr Platz

Das Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS in Dresden und seine Partner haben unter dem Markennamen EMBATT das Bipolar-Prinzip auf die Lithium-Batterie übertragen. Das Prinzip ist bereits von der Brennstoffzelle her bekannt. Der Ansatz unterscheidet sich deutlich von dem bisher verwendeten Aufbau: Einzelne Batteriezellen sind großflächig direkt übereinander gestapelt und nicht kleinteilig getrennt nebeneinander aufgereiht.

Dadurch fällt der Aufbau für Gehäuse und Kontaktierung weg und es passen mehr Batterien in das Auto. Durch die direkte Verbindung der Zellen im Stapel fließt der Strom über die gesamte Fläche der Batterie und der elektrische Widerstand wird reduziert.

Die Elektroden der Batterie sind so konstruiert, dass sie Energie schnell abgeben und wieder aufnehmen können. Laut Dr. Mareike Wolter, Projektleiterin am Fraunhofer IKTS soll durch das neue Packaging-Konzept die Reichweite von Elektroautos auf bis zu 1000 km gesteigert werden. Im Labor funktioniert der Ansatz bereits.

Keramische Materialien speichern Energie

Wichtigster Bestandteil der Batterie ist die Bipolar-Elektrode – eine metallische Folie, die mit keramischen Speichermaterialien beidseitig beschichtet wird. Dadurch wird eine Seite zur Anode, die andere zur Kathode. Als Herz der Batterie speichert sie die Energie. »Wir nutzen unser Know-how bei keramischen Technologien, um die Elektroden so zu designen, dass sie möglichst wenig Platz benötigen, viel Energie speichern, einfach herzustellen sind und lange halten«, erläutert Wolter.

Keramische Werkstoffe liegen als Pulver vor. Die Forscher mischen das Pulver mit Polymeren und elektrisch leitfähigen Materialien zu einer Suspension. »Die Rezeptur muss speziell entwickelt werden – jeweils angepasst für Vorder- und Rückseite der Folie«, erklärt Wolter. Die Suspension bringt das Fraunhofer IKTS im Rolle-zu-Rolle-Verfahren auf die Folie auf.

Im nächsten Schritt sollen größere Batteriezellen entwickelt und in Elektroautos eingebaut werden. Erste Tests im Fahrzeug streben die Partner bis 2020 an. Bei den Partnern handelt es sich um ThyssenKrupp System Engineering und IAV Automotive Engineering.