Tesla-Forscher arbeiten an extrem haltbarer Batterie mit hoher Energiedichte

von | 24. Mai 2022 | Tesla-Innovationen, Rund um Tesla

Tesla-Forscher arbeiten an extrem haltbarer Batterie mit hoher Energiedichte

Teslas Forschungsgruppe für fortschrittliche Batterien in Kanada hat in Zusammenarbeit mit einer Universität eine Arbeit über eine neue Batterie auf Nickelbasis veröffentlicht. Sie soll 100 Jahre lang halten können und im Vergleich zu LFP-Zellen hinsichtlich Ladung und Energiedichte immer noch günstig sein.

Teslas Batterie-Forschungsgruppe

Im Jahr 2016 gründete Tesla seine „Tesla Advanced Battery Research“ in Kanada durch eine Partnerschaft mit dem Batterielabor von Jeff Dahn an der Dalhousie University in Halifax.

Dahn gilt als Pionier auf dem Gebiet der Lithium-Ionen-Batteriezellen. Ihm wird zugeschrieben, entscheidend zur Verlängerung der Lebensdauer der Zellen beigetragen zu haben, was die Rentabilität von E-Autos ermöglichte.

Seine Arbeit konzentriert sich nun hauptsächlich auf die Erhöhung der Energiedichte und der Lebensdauer von Elektroauto-Batterien bei gleichzeitiger Kostensenkung.

Die Gruppe hat bereits eine Reihe von Patenten und Forschungen zu Batterien für den Autohersteller erarbeitet. Der Vertrag mit den Forschern wurde kürzlich bis 2026 verlängert und zwei neue Führungskräfte eingestellt, die von Dahn betreut werden.

Neue extrem haltbare Batterie mit hoher Energiedichte

Einer dieser neuen Leiter ist Michael Metzger, der sein Physik-Diplom an der TU-München gemacht hat. Zusammen mit Dahn selbst und einer Handvoll Doktoranden des Programms wird er als Autor einer neuen Forschungsarbeit mit dem Titel „Li[Ni0.5Mn0.3Co0.2]O2 as a Superior Alternative to LiFePO4 for Long-Lived Low Voltage Li-Ion Cells“ genannt.

Das Papier beschreibt eine nickelbasierte Batteriechemie, die mit LFP-Batteriezellen in Bezug auf die Langlebigkeit konkurrieren. Gleichzeitig behält sie die Eigenschaften bei, die die Menschen an nickelbasierten Batterien schätzen wie eine hohe Energiedichte, die eine größere Reichweite mit weniger Batteriezellen ermöglicht.

Die Gruppe schreibt in der Zusammenfassung des Papiers (aus dem Englischen übersetzt):

Einkristalline Li[Ni0,5Mn0,3Co0,2]O2/Graphit (NMC532) Pouch-Zellen mit nur ausreichend Graphit für den Betrieb bis 3,80 V (statt ≥4,2 V) wurden mit einer Ladung auf 3,65 V oder 3,80 V zyklisiert, um einen Vergleich mit LiFePO4/Graphit (LFP) Pouch-Zellen zu ermöglichen, da sie ein ähnliches maximales Ladepotenzial und eine ähnliche Nutzung der negativen Elektroden aufweisen.

Die NMC532-Zellen haben, wenn sie nur mit ausreichend Graphit konstruiert sind, um auf 3,80 V geladen zu werden, eine Energiedichte, die die der LFP-Zellen übersteigt, und eine Zykluslebensdauer, die die der LFP-Zellen bei 40 °C, 55 °C und 70 °C deutlich übertrifft. Mit Elektrolyten, die Lithium-Bis(fluorosulfonyl)imid (LiFSI)-Salz enthalten, wird eine hervorragende Lebensdauer bei hohen Temperaturen nachgewiesen, die weit über die von herkömmlichen LiPF6-Elektrolyten gebotene hinausgeht.“

Die Zellen zeigen eine beeindruckende Kapazitätserhaltung über eine hohe Anzahl von Zyklen:

Tesla Batterieforschung: Diagramm zu Energiedichte
Foto: Journal of The Electrochemical Society

Die Forschungsgruppe stellte fest, dass die in der Arbeit beschriebene neue Zelle wohl 100 Jahre lang halten könnte, wenn die Temperatur bei 25 °C gehalten wird:

„Ultrapräzisionscoulometrie und elektrochemische Impedanzspektroskopie werden eingesetzt, um die Zyklusergebnisse zu ergänzen und die Gründe für die verbesserte Leistung der NMC-Zellen zu untersuchen. NMC-Zellen, insbesondere solche, die auf 3,8 V balanciert und geladen sind, weisen im Vergleich zu LFP-Zellen einen besseren coulombischen Wirkungsgrad, einen geringeren Kapazitätsabfall und eine höhere Energiedichte auf und können bei 25 °C eine Lebensdauer von fast einem Jahrhundert erreichen.“

Einer der Schlüssel scheint die Verwendung eines Elektrolyten mit speziellen Lithiumsalzen zu sein. Im Papier wird darauf hingewiesen, dass die Vorteile auch für andere nickelbasierte chemische Verfahren gelten könnten, einschließlich solcher ohne oder mit geringem Kobaltanteil.

Zum jetzigen Zeitpunkt handelt es sich noch um reine Forschung. Mit einer kurzfristigen Anwendung der Technologie kann man also nicht rechnen – aufregend ist Teslas Forschung für die Elektromobilität jedoch in jedem Fall.

Quelle Beitragsbild: Tesla

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