Chemiker der TU Berlin unter Leitung von Professor Dr. Peter Strasser arbeiten derzeit an der Entwicklung innovativer Energiespeicher für Elektrofahrzeuge. Im Mittelpunkt steht die Verbesserung von Alkoholbrennstoffzellen, die die Reichweite der Batterie verbessern sollen sowie eine Magnesium-Ionen-Batterie, welche die aktuellen Lithium-Batterien über kurz oder lang ersetzen soll. Entwickelt werden die neuartigen Speichertechnologien in Zusammenarbeit mit der TU München, der Tsinghua Universität in Peking und der Tongji Universität in Shanghai.
Entwicklung verbesserter Alkoholbrennstoffzellen
Bisher werden in Elektrofahrzeugen wasserstoffgespeiste Brennstoffzellen als Energiespeicher und -wandler eingesetzt. Häufig befinden diese sich in Hochdrucktanks unter dem Fahrersitz, was strenge Sicherheitsvorkehrungen nötig macht. Aus diesem Grund werden Fahrzeuge mit Wasserstoffantrieb von der Bevölkerung vielfach abgelehnt. Die Brennzellen sorgen dafür, dass die chemisch gespeicherte Energie des Wasserstoffs direkt in elektrischen Strom umgewandelt wird. Mit diesem werden dann wiederum der Elektromotor und damit das Fahrzeug angetrieben.
Flüssiger Alkohol wird dagegen wie Benzin gespeichert und getankt. Über eine Alkoholbrennstoffzelle kann aus der Alkoholmischung direkt Strom für den Fahrzeugantrieb gewonnen werden. Da der Alkohol direkt aus den Bioverfahrensanlagen als wässrige Mixtur gewonnen wird, ist es nicht notwendig, ihn von Feuchtigkeitsspuren zu reinigen. Das ist derzeit noch bei E10 der Fall und mit einem relativ hohen Energie- und Kostenaufwand verbunden. Allerdings liegt die nutzbare Leistungsdichte aktuell noch unter der von Wasserstoffzellen, weshalb die Alkoholbrennzellen nicht für den Fahrzeugantrieb, sondern als so genannter „Range Extender“ (Reichweitenverlängerer) zum Einsatz kommen. Je nachdem wie groß der Alkoholtank ist, lässt sich dadurch die Reichweite von fünfzig bis hin zu hunderten Kilometern verlängern. Neue Katalysatormaterialien sollen die Leistungsdichte von Alkoholbrennstoffzellen erhöhen und die Größe der Alkoholtanks reduzieren können.
Ersatz von Lithium durch Magnesium in Elektrobatterien
Zudem wird erforscht, inwieweit das in Elektrobatterien verwendete Lithium zukünftig durch Magnesium ersetzt werden kann. Einer der Gründe dafür ist, dass sich Magnesiumbatterien weitaus weniger stark erhitzen, wenn sie zu schnell aufgeladen oder überladen werden. Magnesium ist in geringerem Maße entflammbar und explosiv und zudem weitaus häufiger in der Erdkruste vorhanden als Lithium. Somit wäre eine ausreichende Versorgung mit dem Erdalkalimetall auf lange Sicht leichter sicherzustellen.
Bislang kämpft man auf diesem Feld allerdings noch mit technischen Problemen. Diese sind unter anderem darin begründet, dass das Verhalten der Magnesium-Ionen, die sich zwischen den Elektroden der Batterie hin und her bewegen, schlechter umkehrbar ist als bei Lithium-Ionen. Dies führt zu einer relativ kurzen Lebensdauer der Batterien. Die Wissenschaftler versuchen daher neue Elektrodenmaterialien zu entwickeln, die Magnesium-Ionen besser aufnehmen und abgeben können.