China baut extrem robuste Batterie – stabil bei minus 70 Grad und bis zu 80 Grad Hitze
Neue Lithium-Batterie aus China hält extreme Kälte und Hitze aus und speichert so viel Energie wie heutige E-Auto-Akkus – ohne Kobalt und Nickel.
Prototyp aus China: Die neu entwickelte Lithium-Batterie bleibt auch unter starker Belastung und bei extremen Temperaturen stabil. (Symbolbild) © Unsplash
Die Batterie bestimmt Reichweite, Sicherheit und Kosten von Elektroautos. Konventionelle Lithium-Ionen-Batterien verwenden anorganische Kathoden aus Nickel-, Kobalt- oder Lithium-Eisenphosphat-Verbindungen. Ein chinesisches Team entwickelte stattdessen eine organische Kathode auf Basis eines neu konstruierten n-Typ-leitfähigen Polymers: Poly(benzodifurandion), kurz PBFDO.
Die neue organische Lithium-Batterie aus China verzichtet nicht nur auf klassische Metallkathoden wie Kobalt oder Nickel, sie erreicht auch Leistungswerte heutiger Lithium-Ionen-Systeme. Forscher der Tianjin University und der South China University of Technology beschreiben in Nature einen Prototyp, der extreme Temperaturen, mechanische Belastungen und standardisierte Sicherheitstests übersteht.
Neues Material leitet Strom schnell und bleibt chemisch stabil
Das Material besitzt hohe elektronische Leitfähigkeit, ermöglicht schnellen Lithium-Ionen-Transport und weist eine geringe Löslichkeit im Elektrolyten auf. Letzteres gilt als zentrale Hürde vieler organischer Elektroden, da sich aktive Moleküle sonst während des Betriebs zersetzen können.
Die Autoren bezeichnen ihr System als erste praktische organische Lithium-Batterie im Pouchzellenformat. „Die Forschung durchbricht die Beschränkungen traditioneller Batterietechnologien in Bezug auf Ressourcenabhängigkeit und Umweltbelastung. Sie erreicht die Energiedichte kommerzieller Batterien und bietet zugleich höhere Sicherheit und einen deutlich größeren Temperaturbereich“, sagte Studienleiter Xu Yunhua laut der chinesischen Nachrichtenagentur Xinhua.
Neue Batterie erreicht Energiedichte heutiger E-Auto-Akkus
Auf Grundlage der neuen Kathode konstruierten die Forscher eine 2,5-Amperestunden-Pouchzelle. Die Energiedichte liegt laut Veröffentlichung bei über 250 Wattstunden pro Kilogramm. Zum Vergleich: Lithium-Eisenphosphat-Zellen bewegen sich in einem ähnlichen Bereich. Zusätzlich erreichte der Prototyp eine Flächenkapazität von etwa 42 Milliamperestunden pro Quadratzentimeter bei einer Materialbeladung von bis zu 206 Milligramm pro Quadratzentimeter.
Die Werte beziehen sich auf Labormessungen der entwickelten Zelle. Frühere organische Systeme konzentrierten sich meist auf Materialoptimierung, etwa zur Erhöhung der Leitfähigkeit oder zur Verringerung der Auflösung im Elektrolyten. Praktische Pouchzellen mit hoher Energiedichte und mechanischer Stabilität wurden bislang selten demonstriert.
Temperaturstabil zwischen minus 70 und plus 80 Grad
Die Zelle blieb laut Studie funktionsfähig in einem Temperaturbereich von minus 70 bis plus 80 Grad Celsius. In diesem Spektrum berichten die Autoren von stabiler elektrochemischer Leistung ohne strukturelle Schäden. Auch mechanische Belastungen führten nicht zum Versagen der Kathode. Die Batterie behielt ihre Integrität nach Biegen, Dehnen und Komprimieren.
Zur Sicherheitsprüfung unterzogen die Forscher die Pouchzelle einem Nadel-Punktionstest. Dabei wird eine Metallnadel durch die Zelle geführt, um interne Kurzschlüsse zu simulieren. Laut Veröffentlichung kam es weder zu strukturellem Versagen noch zu einer unkontrollierten Energieabgabe.
Materialplattform jenseits metallbasierter Kathoden
Die Entwicklung basiert auf einer organischen Materialplattform statt auf metallreichen Kathoden. Solche Ansätze werden international untersucht. Forschungsteams in Japan, Südkorea und Europa arbeiten ebenfalls an organischen Elektroden als Alternative zu klassischen Metallverbindungen.
Viele dieser Projekte bleiben auf Materialebene. Der Schritt zur funktionsfähigen Zelle mit industrienahen Leistungsdaten gelang bislang selten.
Forscher bereiten nächste Entwicklungsphase vor
Die beschriebene Batterie befindet sich im Prototypstadium. Das Team arbeitet nach eigenen Angaben an der Skalierung und plant den Aufbau einer Pilotproduktionslinie.
Branchenfahrpläne in China sehen marktreife Prototypen neuer Zellchemien zwischen 2026 und 2027 vor. Dazu zählen Festkörperdesigns, Hybridansätze sowie Natrium-Ionen-Systeme. Die Diversifizierung soll neben Leistungsfragen auch Lieferketten stabilisieren.
Xu nennt weitere Einsatzbereiche: „Die Ergebnisse eröffnen Einsatzmöglichkeiten in flexibler Elektronik, tragbaren Geräten und Energiespeichern, die leichte, anpassungsfähige und sichere Stromquellen benötigen.“
Kurz zusammengefasst:
- Chinesische Forscher entwickelten eine neuartige Batterie ohne Kobalt und Nickel. Grundlage ist ein leitfähiges Kunststoff-Material als Kathode.
- Der Prototyp speichert so viel Energie wie heutige E-Auto-Akkus, arbeitet zwischen minus 70 und plus 80 Grad Celsius stabil und bestand Belastungs- sowie Sicherheitstests mit Nadelstich.
- Die Technik befindet sich noch im Prototypstadium; eine Pilotproduktion ist geplant, industrielle Langzeiterfahrungen liegen bislang nicht vor.
Übrigens: Neben der neuen temperaturfesten Lithium-Batterie kommt auch eine zweite Entwicklung aus China – eine wasserbasierte Zelle, die nicht brennbar ist und mehr als 120.000 Ladezyklen erreicht. Mehr dazu in unserem Artikel.
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