Toyota hat kürzlich einen „Durchbruch“ bei der Entwicklung von Batterien für Elektroautos verkündet. Der japanische Hersteller gab bekannt, die weltweit erste Methode entwickelt zu haben, mit der das Verhalten von Lithium-Ionen beim Laden und Entladen von Lithium-Ionen-Batterien in Echtzeit beobachtet werden kann. Die neu gewonnenen Erkenntnisse stellen laut Toyota eine wichtige Voraussetzung für die Entwicklung leistungsfähiger Batterien mit höherer Kapazität und längerer Lebensdauer für Plug-in-Hybrid- und Elektrofahrzeuge dar.
Lithium-Ionen-Batterien nutzen ein Metalloxid in der Kathode, ein Karbonmaterial in der Anode und einen organischen Elektrolyt. Beim Aufladen der Batterie fließen die Lithium-Ionen im Elektrolyt von der Kathode zur Anode, beim Entladen ist es genau umgekehrt. Dadurch entsteht ein elektrischer Stromfluss. Die Beweglichkeit der Lithium-Ionen spielt Toyota zufolge eine wesentliche Rolle bei der Funktion der Batterie. Bei den Lade- und Entladevorgängen kommt es zu einer bislang ungeklärten Ablenkung der Bewegungswege der Lithium-Ionen. Diese Abweichungen begrenzen zum einen die Maximal- aber auch die Dauerleistung der Batterie.
Eine Untersuchung dieser Abläufe innerhalb des Elektrolyten war mit existierenden Methoden bislang nicht möglich. Die neue, gemeinsam von Toyota und vier Universitäten entwickelte Beobachtungsmethode soll dies ändern. Zum Einsatz kommen dabei „hochintensive Röntgenstrahlen, die rund eine Milliarde Mal stärker sind als die von einem normalen Röntgengerät“. Darüber hinaus wird ein neuer Elektrolyt mit schweren Elementen anstelle der phosphorhaltigen Ionen genutzt. Durch die Kombination aus stärkeren Röntgenstrahlen und besser sichtbaren Ionen kann das Verhalten der Lithium-Ionen im Elektrolyt nun in Echtzeit analysiert werden.
Nach anfänglichem Zögern plant mittlerweile auch Toyota die Markteinführung reichweitenstarker Batterie-Elektroautos. Noch in diesem Jahr ist der Aufbau einer neuen Unternehmenssparte vorgesehen, die unabhängig von bestehenden Strukturen arbeiten soll. Die Japaner wollen allerdings weiter auf verschiedene alternative Antriebsarten setzen – von Hybrid- und Plug-in-Hybrid-Modellen über Brennstoffzellenfahrzeuge bis hin zu reinen Elektroautos.
Paul meint
Wie auch von Prof. Ferdi Schüth vom Max-Planck-Institut erwähnt sieht er die Chance eines reinen Elektrofahrzeuges in der Hybrid-Version von Wasserstoff- und Batteriefahrzeug. Damit wäre das Reichweitenproblem für alle Zeiten gelöst und das Schnelltanken an jeder Wasserstoffsäule möglich, wenn die entsprechende Infrastruktur vorhanden ist. Wobei Wasserstoff durch die Windenergiespitzen statt Abstellen zur Wasserstofferzeugung genutzt wird. Damit wäre der Kreislauf zum umweltfreundlichsten Auto geschlossen. Da Ihre Forschung auf diesem Gebiet am weitesten fortgeschritten ist, sollten Sie dies gezielt angehen. Siehe das Video:
http://www.ardmediathek.de/tv/Wissen-im-Fluss/Karsten-Schwanke-trifft-Prof-Dr-Ferdi-/ARD-alpha/Video?bcastId=28104962&documentId=39742508
mfG
Andilectric meint
Auch wenn das Problem in einigen Berichten relativiert werden konnte. Mich lässt die Sorge vor einer vorzeitigen Zellalterung z.B. durch Kälte oder starke Ladeströme und der damit verbundene Schwund an Reichweite nicht ganz los. Bei einem E-Auto Akku der Anfangs 300 KM Reichweite verspricht, muss ich ja fast damit rechnen, dass er nach wenigen Jahren nur noch 260 KM oder so weit fährt. Das ist für mich noch nicht akzeptabel. Das Verfahren von Toyota kann hier helfen zu verstehen, warum so etwas passiert und wie man es evtl. vermeiden/verlangsamen kann. Drücke die Daumen, dass Toyota uns alle voranbringt (zitiere hier User Hans Meier).
Herbert meint
1 Prozent pro Jahr sind üblich. Kaum eine Ehe hält so lange. So what?
Hans Meier meint
Ein Durchbruch für die Grundlagenforschung wäre ein passenderer Titel. Wenn anhand der Beobachtungstechnik Verbesserungen gemacht werden können, hilft das global gesehen allen Menschen, egal ob für E Auto Batterien, Handys, Laptops, elekt. Zahnbürsten… So gesehen hat Toyota hier schon etwas Wichtiges geschafft.
Der Statistiker meint
Also ein Durchbruch klingt anders…. die haben ja gerade einmal ein Verfahren entwickelt wie man den Ionen „zuschauen“ kann. Jetzt fehlt noch festzustellen warum die Ionen das machen. Dann muss ein Weg gefunden werden, dass sie das nicht mehr machen. Und dann muss noch geschaut werden, ob das überhaupt hilft. Um am Schluss muss das Ganze noch als Industrieprodukt gefertigt werden können.
Bis dahin könnte eventuell auch schon der Lithium-Schwefel-Akku oder der Lithium-Luft-Akku – oder noch neuere Akku-Technologien – die konventionellen Lithium-Ionen-Akkus überholt haben….
Wännä meint
Wenn es so einfach wäre, bräuchte man ja garnicht erst anzufangen ;-)
Der Vorteil, den sie sich verschaffen könnten, besteht u.a. darin, Alterungsprozesse und Auswirkungen von hohen Lasten beim Laden und Entladen sofort zu erkennen.
Normalerweise muss man tausende Zyklen und Millionen sogenannte Mikro-Zyklen unter verschiedensten Szenarien sehr zeitaufwändig durchlaufen, um einen Schritt weiter zu kommen und dann darauf basierend weiterzuforschen.
Somit sind sie jetzt vermutlich in der Lage die Auswirkungen unterschiedlicher chemischer Mixturen in der Batterie deutlich schneller (und kostengünstiger) zu analysieren.
Vermutlich haben sie das Verfahren patentrechtlich geschützt und die Konkurrenz kann sich jetzt überlegen, was billiger ist: Patent-Nutzungsrechte kaufen oder weiter forschen wie bisher.
berndamsee meint
Ja, da gebe ich Statistiker vollkommen recht.
Von Durchbruch zu sprechen, halte ich auch für leicht übertrieben.
Zumal TESLA gemeinsam mi einer amerikanischen Uni schon vor Jahren solche Grundlagenforschungen durchgeführt hat und zu sehr interessanten Ergebnissen und Erkenntnissen gekommen ist. Man/frau sieht´s ja auch am Resultat bei TESLA, dass sie sehr genau wissen, was sie tun.
Und es stimmt schon, möglicherweise überholt einem heute die Zeit bei der Forschung und die Erkenntnisse mögen zwar wissenschaftlich interessant sein, aber marktwirtschaftlich ist es dann ohne Bedeutung. Sprich, wenn zB die Lithium-Schwefel-Zelle serienreif ist, 5fach höhere Kapazität hat und im Preis verfällt.
Gerade die Schnelligkeit heutiger Entwicklungen machen langfristige Investments so schwierig. Wer will schon sein Geld in den Sand stecken?
Der schleppende Ausbau der Ladeinfrastruktur im Mitteleuropäischen Raum ist so ein Beweis dafür. Keiner will ordentlich Geld in die Hand nehmen und etwas machen, das übermorgen dann niemand mehr braucht.
Denn sind wir einmal ehrlich: wenn heute eine Batterieladung für 1.000 km oder 2.000 km oder 3.000 km gut wäre, dann interessiert doch niemanden mehr eine öffentliche Ladeinfrastruktur, höchstens noch an Autobahnen vereinzelt. Wenn heute überall private Lademöglichkeiten vorhanden sind (zB Hotels, Restaurants, Supermärkte, Arbeitsplatz, zu Hause … usw), dann ist das Thema Reichweite und Laden abgeschlossen.
Diese Reichweiten klingen momentan utopisch, wir sind aber nicht weit davon entfernt. Und wir sollten uns nicht von den konventionellen Herstellern und den Medien an der Nase herumführen lassen. Was da momentan betrieben wird ist Schönfärberei, wirklich ernst meint es von den etablierten Herstellern momentan niemand. Ernst sieht anders aus!
Aber es wird ganz anders kommen, als sich das die meisten gedacht haben. Die Asiaten, die Inder und die Chinesen werden über uns kommen mit ihren eProdukten, wie ein Tsunami. Und TESLA Dank hat die Zukunft bereits begonnen!
Es bleibt spannend.
Josef meint
Vielen Dank für den Bericht. Diesen „Durchbruch“ glaube ich aber erst, wenn ich das Produkt sehe – einen Toyota mit 80 kWh und einem Akku, der weniger als 400 kg wiegt.
Herbert meint
Was hat das Gewicht für eine Bedeutung?
Mein Tesla mit 700 PS braucht im Schnitt 22 kWh.
Davon ist toyota Lichtjahre entfernt.
Peter meint
Wobei man sich auch fragen muss wozu ein Auto 700 PS braucht.
Herbert meint
Die Frage erübrigt sich von selbst wenn man etwas Ahnung von Energiegehalt hat!
25 kWh sind gerade mal 2 Liter Diesel.
Matthäus meint
Ich könnte noch einen drauflegen: Wozu braucht man ein Auto? Es geht eben nicht immer um brauchen. Ich brauche auch keinen schicken Anzug, eine Latzhose und T-Shirt reicht, selbst für den Bankangestellten um die Ecke.
Priusfahrer meint
Es gibt kein schlechtes Wetter, sondern nur unpassende Kleidung!
Wer bergauf u. bergab fährt braucht mehr Saft und Kraft, als einer der nur im Flachland unterwegs ist.
Elektromotoren brauchen beim Anfahren den meisten Strom, dannach ist es Wurscht welche Leistung der Motor hat.