Das US-amerikanische Unternehmen 24M Technologies hat ein neues Batteriedesign vorgestellt, das die Reichweite von Elektrofahrzeugen um bis zu 50 Prozent erhöhen könnte, ohne die physische Größe des Akkus zu verändern. Diese Entwicklung, bekannt als Electrode-to-Pack (ETOP)-Technologie, stellt einen grundlegenden Wandel in der Konstruktion von Akkus dar und könnte eines der größten Hindernisse für die breite Akzeptanz von E-Fahrzeugen beseitigen: die Reichweitenangst.
Durch die Eliminierung von inaktiven Materialien im Akkupack maximiert der Ansatz die Energiedichte und verspricht gleichzeitig, die Herstellungskosten zu senken. Dies könnte die Position der USA im globalen Wettbewerb der Batterietechnologie stärken.
Wichtige Erkenntnisse
- 50% mehr Reichweite: Die ETOP-Technologie von 24M verspricht eine signifikante Reichweitensteigerung ohne Vergrößerung des Akkus.
- Innovatives Design: Das System eliminiert einzelne Zellen und Module und integriert Elektroden direkt in das Akkupack.
- Effizientere Produktion: Der vereinfachte Aufbau reduziert die Herstellungskomplexität und senkt die Investitionskosten für Hersteller.
- Globaler Wettbewerb: Die Technologie soll US-Herstellern einen Vorteil gegenüber asiatischen Konkurrenten verschaffen.
Ein neuer Ansatz für den Akkubau
Das Herzstück der Innovation von 24M liegt in der radikalen Vereinfachung der Batteriestruktur. Herkömmliche Lithium-Ionen-Akkus bestehen aus einzelnen Batteriezellen, die jeweils ein eigenes Gehäuse besitzen. Diese Zellen werden zu größeren Modulen zusammengefasst, die dann das endgültige Akkupack bilden.
Dieser traditionelle Aufbau enthält einen erheblichen Anteil an Materialien, die keine Energie speichern, wie zum Beispiel Zellgehäuse und Modulstrukturen. Diese Komponenten erhöhen das Gewicht und das Volumen des Akkupacks und begrenzen so dessen Energiedichte.
Hintergrund: Traditionelle Akkupacks
In einem typischen Elektroauto-Akku können die inaktiven Materialien – also alles außer den Elektroden und dem Elektrolyt – bis zu 30-40% des Gesamtgewichts ausmachen. Die Reduzierung dieses Anteils ist ein zentrales Ziel der Batterieforschung, um leichtere und leistungsfähigere Fahrzeuge zu ermöglichen.
Die ETOP-Technologie erklärt
Die ETOP-Technologie von 24M umgeht diese Ineffizienzen. Anstatt einzelner Zellen werden versiegelte Anoden- und Kathodenpaare direkt in das Akkupack gestapelt. Dieser „zellenlose“ Ansatz eliminiert die Notwendigkeit für individuelle Zellgehäuse und komplette Module.
Durch diesen direkten Aufbau wird der verfügbare Raum im Akkupack optimal genutzt. Es können mehr aktive, energiespeichernde Materialien untergebracht werden, was zu einer deutlich höheren Energiedichte führt. Das Ergebnis ist mehr Reichweite bei gleichem Volumen oder eine gleichbleibende Reichweite mit einem kleineren, leichteren und günstigeren Akku.
Stärkung der US-Batterieinnovation
Die Entwicklung fortschrittlicher Batterietechnologien ist für die US-Industrie von entscheidender Bedeutung, um im globalen Wettbewerb, insbesondere mit asiatischen Herstellern, bestehen zu können. Laut Naoki Ota, Präsident und CEO von 24M, reicht es nicht aus, lediglich die Produktionskapazitäten zu erweitern.
„Amerikanische Industrien müssen sich auf die Weiterentwicklung der Batterietechnologie konzentrieren, anstatt nur die Produktion zu skalieren, um mit ausländischen Konkurrenten gleichzuziehen“, so Ota.
Die ETOP-Plattform soll US-Herstellern die Werkzeuge an die Hand geben, um technologisch führend zu werden. 24M gibt an, dass die Technologie in Kombination mit weiteren firmeneigenen Entwicklungen wie dem Impervio-Separator für erhöhte Sicherheit und dem Eternalyte-Elektrolyten für bessere Leistung bei extremen Temperaturen das Potenzial hat, Akkupacks mit einer Reichweite von bis zu 1.000 Meilen (ca. 1.600 km) pro Ladung zu ermöglichen.
Produktionsvorteile im Überblick
- Geringere Investitionskosten: Der Wegfall von Zell- und Modulfertigungsschritten vereinfacht die Produktionslinie.
- Mehr Designflexibilität: Hersteller können die Form und Größe des Akkupacks leichter an das Fahrzeugdesign anpassen.
- Gesteigerte Effizienz: Der gesamte Prozess vom Versiegeln und Stapeln der Elektroden bis zum Schließen des Akkupacks kann in einer einzigen Montagelinie integriert werden.
Globale Forschungsanstrengungen schreiten voran
Während 24M seinen innovativen Ansatz vorstellt, arbeiten Forscher weltweit an der nächsten Generation von Batterien. Der Wettbewerb um die leistungsfähigste und kostengünstigste Technologie ist intensiv.
Am Massachusetts Institute of Technology (MIT) haben Forscher ein neues Modell entwickelt, das die chemischen Reaktionen in Lithium-Ionen-Batterien besser beschreibt. Dieses Wissen könnte zu leistungsfähigeren und schneller ladenden Akkus führen.
Ein internationales Forschungsteam unter Leitung der Universität Kiel arbeitet an der Weiterentwicklung von Lithium-Schwefel-Batterien (LSBs). Diese versprechen nicht nur eine höhere Energiedichte, sondern auch extrem schnelle Ladezeiten von unter 30 Minuten, in einigen Fällen sogar nur 12 Minuten.
Auch große Technologiekonzerne mischen mit. So hat der chinesische Konzern Xiaomi ein Design für geschichtete Elektroden patentiert, das eine Reichweite von über 1.200 Kilometern ermöglichen und in nur 10 Minuten Energie für 800 Kilometer nachladen soll.
Mögliche Auswirkungen auf den E-Auto-Markt
Die ETOP-Technologie von 24M hat das Potenzial, den Markt für Elektrofahrzeuge nachhaltig zu verändern. Eine um 50% höhere Reichweite ohne größere und schwerere Akkus würde direkt das Problem der Reichweitenangst adressieren, das viele potenzielle Käufer noch vom Umstieg abhält.
Sollte sich die Technologie in der Massenproduktion bewähren, könnten Elektrofahrzeuge für eine breitere Bevölkerungsschicht attraktiver werden. Die potenziell niedrigeren Herstellungskosten könnten sich zudem in günstigeren Fahrzeugpreisen niederschlagen und die Transformation hin zu nachhaltiger Mobilität weiter beschleunigen.
Der Erfolg wird jedoch davon abhängen, wie schnell und nahtlos sich das System in bestehende Fertigungsprozesse integrieren lässt und ob es die hohen Erwartungen der Verbraucher an Leistung, Sicherheit und Langlebigkeit erfüllt. Die kommenden Jahre werden zeigen, ob dieser „zellenlose“ Ansatz den Weg für die nächste Generation von Elektroautos ebnet.