Die Förderung umweltfreundlicherer Fahrzeuge durch moderne Lithiumbatterien

Im Rahmen eines Versuchs, die Leistungsdichte ohne Beeinträchtigung der Wiederaufladbarkeit von Lithiumbatterien beachtlich zu steigern, führte das NANOBATT-Projekt zu optimierten Materialstufen, die als Elektrodenmaterialien Anwendung finden sollen.

Im Gegensatz zu benzinbetriebenen Fahrzeugen, die in der Regel schädliche Abgase erzeugen, verschmutzen Elektrofahrzeuge (EV – Electric Vehicles) oder hybride Elektrofahrzeuge (HEV – Hybrid Electric Vehicles) die Umwelt bedeutend weniger. Sie werden für Kurzstrecken über einen Elektromotor und/oder für längere Fahrten bzw. bei einem Bedarf an höheren Geschwindigkeiten über einen Benzinmotor angetrieben. Außerdem werden der Geräuschpegel auf ein Minimum gesenkt und der Elektromotor mit wiederaufladbaren Batterien betrieben.

In Zukunft werden die ständig steigenden Ölpreise in Verbindung mit dem Bedarf an umweltfreundlicheren Fahrzeugtechnologien erwartungsgemäß zu einer ausgedehnteren Nutzung dieser Fahrzeuge führen. Zuerst muss jedoch ein wichtiges technisches Problem gelöst werden, nämlich Möglichkeiten zu finden, die Leistungsdichte der genutzten Batterie ohne Beeinträchtigung ihrer Wiederaufladbarkeit zu steigern.

Vor diesem Hintergrund konzentrierte man sich im Rahmen des NANOBATT-Projekts auf die Entwicklung neuer Materialien und synthetischer Verfahren für neue verbesserte Li-Batterien für hochleistungsfähige Anwendungen. Im Vergleich zu herkömmlich genutzter Blei-Schwefelsäure oder NiCd arbeitet die Technologie der Lithiumionenbatterie mit keinerlei giftigen, umweltschädlichen Metallen. Die Grundidee lag in der Ausdehnung der Elektrodenoberfläche durch die Nutzung von Aktivmasse aus Nanopartikeln, um Batteriesysteme mit einer hohen Leistungsdichte entwickeln zu können.

Es wurden zwei optimierte Stufen von LiFePO4 und Li4Ti5O12 entwickelt, die als Elektrodenmaterial für hochleistungsfähige Lithiumbatterien eingesetzt werden sollen. Die LiFePO4-Stufe erzeugte nachweislich einen kontinuierlich sehr hohen Prozentsatz ihrer Kapazität (80%). Darüber hinaus wies sie eine lange Betriebsdauer, eine gute Sicherheit/Stabilität und eine hohe Lebenserwartung auf.

Ganz ähnlich zeigte auch das Li4Ti5O12-Material gesteigerte Möglichkeiten, kontinuierlich 80% seiner Kapazität mit einer noch besseren Spannungsdichte zu erzeugen. Sowohl für die LiFePO4- als auch für die Li4Ti5O12-Materialien werden geringe Kosten erwartet, wodurch sich diese ideal für hochleistungsfähige Anwendungen, einschließlich große Systeme (EV und HEV), eignen werden. Weiterhin könnten sie auch in Verbraucherprodukten wie Elektrowerkzeugen und Elektrofahrrädern nützliche Anwendung finden.