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 Tierschutz auf hoher See
17.01.2017 | Helmut-Schmidt-Universität, Universität der Bundeswehr Hamburg

nachricht Weltweit erste Solarstraße in Frankreich eingeweiht
16.01.2017 | Wissenschaftliche Abteilung, Französische Botschaft in der Bundesrepublik Deutschland

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: Interfacial Superconductivity: Magnetic and superconducting order revealed simultaneously

Researchers from the University of Hamburg in Germany, in collaboration with colleagues from the University of Aarhus in Denmark, have synthesized a new superconducting material by growing a few layers of an antiferromagnetic transition-metal chalcogenide on a bismuth-based topological insulator, both being non-superconducting materials.

While superconductivity and magnetism are generally believed to be mutually exclusive, surprisingly, in this new material, superconducting correlations...

Im Focus: Erforschung von Elementarteilchen in Materialien

Laseranregung von Semimetallen ermöglicht die Erzeugung neuartiger Quasiteilchen in Festkörpersystemen sowie ultraschnelle Schaltung zwischen verschiedenen Zuständen.

Die Untersuchung der Eigenschaften fundamentaler Teilchen in Festkörpersystemen ist ein vielversprechender Ansatz für die Quantenfeldtheorie. Quasiteilchen...

Im Focus: Studying fundamental particles in materials

Laser-driving of semimetals allows creating novel quasiparticle states within condensed matter systems and switching between different states on ultrafast time scales

Studying properties of fundamental particles in condensed matter systems is a promising approach to quantum field theory. Quasiparticles offer the opportunity...

Im Focus: Mit solaren Gebäudehüllen Architektur gestalten

Solarthermie ist in der breiten Öffentlichkeit derzeit durch dunkelblaue, rechteckige Kollektoren auf Hausdächern besetzt. Für ästhetisch hochwertige Architektur werden Technologien benötigt, die dem Architekten mehr Gestaltungsspielraum für Niedrigst- und Plusenergiegebäude geben. Im Projekt »ArKol« entwickeln Forscher des Fraunhofer ISE gemeinsam mit Partnern aktuell zwei Fassadenkollektoren für solare Wärmeerzeugung, die ein hohes Maß an Designflexibilität erlauben: einen Streifenkollektor für opake sowie eine solarthermische Jalousie für transparente Fassadenanteile. Der aktuelle Stand der beiden Entwicklungen wird auf der BAU 2017 vorgestellt.

Im Projekt »ArKol – Entwicklung von architektonisch hoch integrierten Fassadekollektoren mit Heat Pipes« entwickelt das Fraunhofer ISE gemeinsam mit Partnern...

Im Focus: Designing Architecture with Solar Building Envelopes

Among the general public, solar thermal energy is currently associated with dark blue, rectangular collectors on building roofs. Technologies are needed for aesthetically high quality architecture which offer the architect more room for manoeuvre when it comes to low- and plus-energy buildings. With the “ArKol” project, researchers at Fraunhofer ISE together with partners are currently developing two façade collectors for solar thermal energy generation, which permit a high degree of design flexibility: a strip collector for opaque façade sections and a solar thermal blind for transparent sections. The current state of the two developments will be presented at the BAU 2017 trade fair.

As part of the “ArKol – development of architecturally highly integrated façade collectors with heat pipes” project, Fraunhofer ISE together with its partners...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Bundesweiter Astronomietag am 25. März 2017

17.01.2017 | Veranstaltungen

Über intelligente IT-Systeme und große Datenberge

17.01.2017 | Veranstaltungen

Aquakulturen und Fangquoten – was hilft gegen Überfischung?

16.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Bundesweiter Astronomietag am 25. März 2017

17.01.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Intelligente Haustechnik hört auf „LISTEN“

17.01.2017 | Architektur Bauwesen

Satellitengestützte Lasermesstechnik gegen den Klimawandel

17.01.2017 | Maschinenbau