Bild: Dalhousie University
Seit inzwischen sechs Jahren forscht die Gruppe um den bekannten Experten Jeff Dahn an der Dalhousie University als Partner von Tesla an verbesserten Lithium-Ionen-Batterien. Nach einer Vereinbarung von Anfang 2021 wird sie das noch mindestens fünf weitere Jahre lang tun, verstärkt um den jungen deutschen Batterie-Forscher Michael Metzger, der damals als Assistant Professor an die Universität kam. Vor kurzem erregte Dahn, der schon Batterien für 1 Million Elektroauto-Meilen und mehr für kein Problem erklärte, auf einer Konferenz erneut Aufsehen, indem er sogar von 100 Jahren nutzbarer Akku-Lebenszeit sprach. Jetzt ist der wissenschaftliche Aufsatz dazu erschienen – mit Metzger (s. Foto) als einem der Autoren.
10.000 Jahre Lebensdauer bei 19 Grad
Das generelle Ziel der Gruppe sei die Entwicklung von Batterien, die langlebig sind, eine hohe Energie-Dichte aufweise sowie nachhaltig und kostengünstig sind, sagte Metzger zum Start seiner Arbeit in Kanada teslamag.de in einem Interview. In dem jetzt veröffentlichten Aufsatz zu Jahrhundert-Batterien wird er nach fünf anderen Personen und vor Dahn als Autor genannt. Der wissenschaftliche Titel ist etwas sperriger: „Li[Ni0.5Mn0.3Co0.2]O2 As a Superior Alternative to LiFePO4 for Long-Lived Low Voltage Li-Ion Cells“.
Schon für ihre heutigen Labor-Batterien sagen die Forscher um Dahn eine Lebensdauer von sogar bis zu 10.000 Jahren voraus. Dafür müssen sie aber auch schön kühl bei 10 Grad gehalten werden und dürfen vor allem nur auf maximal 3,65 Volt Spannung aufgeladen werden. Schon bei 3,8 Volt halbiert sich die Lebensdauer, und bei 4,2 Volt, wie sie bei den in den Experimenten teils verwendeten NMC-Zellen üblich sind, bleiben 100 Jahre übrig. Bei realistischeren Temperaturen bis zu 40 Grad werden allerdings schnell nur noch etwa zehn Jahre daraus.
Die höhere Maximal-Spannung von NMC-Batterien ist der Grund dafür, dass sie eine höhere Energie-Dichte aufweisen als die Batterien mit LFP-Chemie, der Beobachter wegen ihrer Robustheit und relativ niedrigen Kosten eine große Zukunft zutrauen. Wenn man dieses Potenzial nicht voll ausreizt, ist auch die Kapazität bei NMC entsprechend niedriger. Doch laut dem Aufsatz der Dalhousie-Forscher lässt sich damit auch dann noch eine höhere Dichte erreichen, wenn man bei 3,8 Volt Schluss macht. Und das wirkt sich dann sehr positiv auf die prognostizierte Lebensdauer aus. Selbst bei 40 Grad sollen mit dem richtigen Additiv noch an die 100 Jahre erwartbar sein.
Vorteile von NMC und LFP vereint
Für ein Elektroauto würde das wohl nicht einmal gebraucht, es sei denn, man plant von vornherein die Weiter- oder Mitnutzung des Akkus als stationären Speicher ein – tatsächlich spricht Dahn sich dafür aus, weil Batterien noch lange knapp sein werden. Durch begrenzte Spannung langlebigere NMC-Batterien sind laut ihm und seinen Co-Autoren im aktuellen Aufsatz zunächst teurer als LFP-Zellen. Die höhere Dichte und der damit geringere Platz-Bedarf mit NMC könnten die Rechnung über viele Jahre aber positiver aussehen lassen. Auf der anderen Seite tun die Forscher um Dahn und Metzger die LFP-Chemie, die sich zunehmender Beliebtheit für Elektroautos auch außerhalb Chinas erfreut, aber nicht ab: In Zukunft wollen sie sich unter annderem an gemischten Elektroden versuchen.
