Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Bessere Batterien für Elektroautos

03.03.2011
Der Durchbruch des Elektroautos lässt auf sich warten. Dies liegt vor allem am zentralen Bauteil – der Batterie. Noch sind Lithium-Ionen-Akkus zu teuer, ihre Reichweiten zu gering. Neue Materialien sollen für bessere Akkus sorgen. Eine Simulationssoftware von Fraunhofer-Forschern hilft, den Entwicklungsprozess zu beschleunigen.

Elektroautos gehört die Zukunft – da sind sich Politik und Autoindustrie einig. Die Bundesregierung will Deutschland als Leitmarkt für Elektromobilität etablieren. Bis 2020 sollen eine Million PKW mit Elektroantrieb auf deutschen Straßen fahren.


So stellt die Simulationssoftware BEST eine Batterie mikroskopisch dar. Rechts und links sind die porösen Elektroden zu sehen. (© Fraunhofer ITWM)

Die Startchancen sind gut: Wie der ADAC in einer Umfrage herausgefunden hat, würden sich 74 Prozent der Befragten ein Elektroauto kaufen, wenn es hinsichtlich Kosten, Komfort und Sicherheit keine Abstriche verlangt. Abstriche wollen die Verbraucher auf keinen Fall bei der Reichweite machen. Rund ein Drittel der Autofahrer möchte mindestens 500 Kilometer weit fahren können. Und hier liegt auch die Krux: Zu wenige Ladestationen und geringe Batterielaufzeiten haben bislang verhindert, dass sich die Elektroflitzer durchsetzen konnten. Lithium-Ionen-Akkus, die die meisten Autohersteller verwenden, sind zu schwer, zu teuer und zu schnell leer.

Neue Materialien sollen den Energiespeicher daher in punkto Kapazität, Leistungsfähigkeit, Lebensdauer und Sicherheit verbessern. Doch die Entwicklung solcher Materialien ist zeit- und kostenaufwändig. Im Projekt »Fraunhofer-Systemforschung Elektromobilität« haben Forscher des Fraunhofer-Instituts für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM in Kaiserslautern jetzt eine Software zur Simulation von Lithium-Ionen-Batterien entwickelt, die diesen Prozess beschleunigen und effizienter gestalten soll. BEST, kurz für Battery and Electrochemistry Simulation Tool, heißt die neue Software.

Ein Lithium-Ionen-Akku besteht aus zwei porösen Elektroden, die durch einen elektrolytgefüllten Separator getrennt sind. Beim Laden und Entladen der Batterie werden Lithium-Ionen zwischen den Elektroden ausgetauscht. »Die Leistungsfähigkeit der Batterie hängt von den verwendeten Materialien der Komponenten ab. Diese müssen miteinander harmonieren. Mit unserer Software lassen sich unterschiedliche Materialkombinationen simulieren. So kann man die geeignete Zusammensetzung herausfinden. Das bisherige Testen nach dem Trial-and-Error-Prinzip entfällt«, sagt Dr. Jochen Zausch, Wissenschaftler der Gruppe »Komplexe Fluide« am ITWM.

Den ITWM-Forschern ist es gelungen, die komplette Batteriezelle sowie Transport- und Reaktionsvorgänge der Lithium-Ionen sowohl auf makroskopischer als auch auf mikroskopischer Ebene darzustellen. »Wir können die mikroskopische Struktur der Elektroden anzeigen. Jede einzelne 10 Mikrometer große Pore ist zu sehen. Das leistet keines der derzeit erhältlichen kommerziellen Programme. Auch die Position und die Form der Elektroden ist variierbar«, so Zausch. Indem die Struktur der Elektroden räumlich aufgelöst und dreidimensional dargestellt wird, lassen sich Parameter wie Konzentrationsverhältnisse der Lithium-Ionen, Elektrolytkonzentration und Stromdichte berechnen. Die Berechnungen erfolgen mit einem speziellen, selbst programmierten Finite-Volumen-Verfahren, das die Forscher in die Software integrierten. Die Verteilung des Stromflusses gibt beispielsweise Aufschluss über die Wärmeproduktion in der Batterie. »Hotspots«, die besonders heiß werden und sich entzünden könnten, sind mit der Software schnell aufgespürt. Auch Alterungseffekte lassen sich mit BEST bewerten. Denn die Temperaturentwicklung beeinflusst die Lebensdauer der Akkus. Ziel der Wissenschaftler ist es, das Programm um Alterungsmodelle zu erweitern, die diese Untersuchungen noch weiter vereinfachen.

»Letztendlich soll BEST sowohl Automobilproduzenten als auch Hersteller elektrischer Energiespeicher dabei unterstützen, stabile und sichere Batterien mit höherer Reichweite und zugleich verbessertem Beschleunigungsverhalten zu bauen«, resümiert Zausch. Zu sehen ist die Software auf der Hannover Messe vom 4. bis zum 8. April am Fraunhofer-Gemeinschaftsstand in Halle 2, Stand D22.

Dr. Jochen Zausch | Fraunhofer Mediendienst
Weitere Informationen:
http://www.fraunhofer.de/presse/presseinformationen/2010-2011/15/bessere-batterien-fuer-elektroautos.jsp

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Energie und Elektrotechnik:

nachricht Intelligentes Lademanagement entwickelt – Forschungsprojekt ePlanB abgeschlossen
18.10.2017 | Forschungsstelle für Energiewirtschaft e.V.

nachricht Rittal Klima-Tipps: Ist ein Kühlgerät wirklich nötig?
18.10.2017 | Rittal GmbH & Co. KG

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Energie und Elektrotechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Neue Möglichkeiten für die Immuntherapie beim Lungenkrebs entdeckt

Eine gemeinsame Studie der Universität Bern und des Inselspitals Bern zeigt, dass spezielle Bindegewebszellen, die in normalen Blutgefässen die Wände abdichten, bei Lungenkrebs nicht mehr richtig funktionieren. Zusätzlich unterdrücken sie die immunologische Bekämpfung des Tumors. Die Resultate legen nahe, dass diese Zellen ein neues Ziel für die Immuntherapie gegen Lungenkarzinome sein könnten.

Lungenkarzinome sind die häufigste Krebsform weltweit. Jährlich werden 1.8 Millionen Neudiagnosen gestellt; und 2016 starben 1.6 Millionen Menschen an der...

Im Focus: Sicheres Bezahlen ohne Datenspur

Ob als Smartphone-App für die Fahrkarte im Nahverkehr, als Geldwertkarten für das Schwimmbad oder in Form einer Bonuskarte für den Supermarkt: Für viele gehören „elektronische Geldbörsen“ längst zum Alltag. Doch vielen Kunden ist nicht klar, dass sie mit der Nutzung dieser Angebote weitestgehend auf ihre Privatsphäre verzichten. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entsteht ein sicheres und anonymes System, das gleichzeitig Alltagstauglichkeit verspricht. Es wird nun auf der Konferenz ACM CCS 2017 in den USA vorgestellt.

Es ist vor allem das fehlende Problembewusstsein, das den Informatiker Andy Rupp von der Arbeitsgruppe „Kryptographie und Sicherheit“ am KIT immer wieder...

Im Focus: Neutron star merger directly observed for the first time

University of Maryland researchers contribute to historic detection of gravitational waves and light created by event

On August 17, 2017, at 12:41:04 UTC, scientists made the first direct observation of a merger between two neutron stars--the dense, collapsed cores that remain...

Im Focus: Breaking: the first light from two neutron stars merging

Seven new papers describe the first-ever detection of light from a gravitational wave source. The event, caused by two neutron stars colliding and merging together, was dubbed GW170817 because it sent ripples through space-time that reached Earth on 2017 August 17. Around the world, hundreds of excited astronomers mobilized quickly and were able to observe the event using numerous telescopes, providing a wealth of new data.

Previous detections of gravitational waves have all involved the merger of two black holes, a feat that won the 2017 Nobel Prize in Physics earlier this month....

Im Focus: Topologische Isolatoren: Neuer Phasenübergang entdeckt

Physiker des HZB haben an BESSY II Materialien untersucht, die zu den topologischen Isolatoren gehören. Dabei entdeckten sie einen neuen Phasenübergang zwischen zwei unterschiedlichen topologischen Phasen. Eine dieser Phasen ist ferroelektrisch: das bedeutet, dass sich im Material spontan eine elektrische Polarisation ausbildet, die sich durch ein äußeres elektrisches Feld umschalten lässt. Dieses Ergebnis könnte neue Anwendungen wie das Schalten zwischen unterschiedlichen Leitfähigkeiten ermöglichen.

Topologische Isolatoren zeichnen sich dadurch aus, dass sie an ihren Oberflächen Strom sehr gut leiten, während sie im Innern Isolatoren sind. Zu dieser neuen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Smart MES 2017: die Fertigung der Zukunft

18.10.2017 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Dezember 2017

17.10.2017 | Veranstaltungen

Intelligente Messmethoden für die Bauwerkssicherheit: Fachtagung „Messen im Bauwesen“ am 14.11.2017

17.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Neue Möglichkeiten für die Immuntherapie beim Lungenkrebs entdeckt

18.10.2017 | Medizin Gesundheit

Rittal Klima-Tipps: Ist ein Kühlgerät wirklich nötig?

18.10.2017 | Energie und Elektrotechnik

Smartphones im Kampf gegen die Blindheit

18.10.2017 | Medizintechnik