Graphen-Akkus in Elektroautos
Bei der Akzeptanz von Elektromobilität sind Reichweite und Ladezeiten zentrale Faktoren. Alle sind deshalb auf der Suche nach dem „Super-Akku“. Als ein Kandidat wird immer wieder der Graphen-Akku ins Gespräch gebracht. Aber wie reif ist diese neue Technologie? (Bild: Adobe Stock)
Bei der Akzeptanz von Elektromobilität sind Reichweite und Ladezeiten zentrale Faktoren. Alle sind deshalb auf der Suche nach dem „Super-Akku“. Als ein Kandidat wird immer wieder der Graphen-Akku ins Gespräch gebracht. Aber wie reif ist diese neue Technologie? (Bild: Adobe Stock)
Das und mehr erfahren Sie hier über Akkus auf Graphenbasis:
- Graphen-Batterien sind Lithium-Ionen-Akkus, an deren Anode Graphen eingesetzt wird.
- Graphen ist das dünnste und leichteste bekannte Material und hat eine sehr gute Leitfähigkeit.
- In Akkus soll es dafür sorgen, dass sie schneller laden und leichter sowie kompakter sind.
- Graphen-Akkus befinden sich noch im Laborstatus.
Gleich mehrere Hersteller haben Graphen-Akkus für Smartphones, aber auch für E-Autos in Aussicht gestellt, die – je nach Kapazität – innerhalb von 20 Minuten vollgeladen sein bzw. innerhalb von acht Minuten auf 80 Prozent Ladung kommen sollen. Auch wenn die ausgereiften Lithium-Ionen-Akkus der neuesten Generation, wie sie etwa im ID.3, ID.4, oder ID.5 verbaut sind, komfortable Reichweiten und Ladezeiten bieten, beflügeln diese Meldungen die Fantasie von Industrie und E‑Auto-Fans gleichermaßen. Doch was genau ist Graphen und wie kann es bei Batterien beziehungsweise Akkus eingesetzt werden?
Das ist Graphen
Graphen wurde 2004 von den Physikern Konstantin Novoselov und Andre Geim von der Universität Manchester entdeckt. Dafür erhielten sie 2010 den Nobelpreis für Physik. Graphen ist verwandt mit dem Halbmetall Graphit, einer anderen Erscheinungsform des chemischen Elements Kohlenstoff. Während Graphit aus mehreren Lagen von Kohlenstoffgittern besteht, ist Graphen eine dünne, einlagige Schicht von Kohlenstoffatomen, die in einem hexagonalen Gitter angeordnet sind – und damit zweidimensional. Das bedeutet: Graphen kann nicht dünner oder dicker gemacht werden, ohne zu einem anderen Material zu werden. Graphen ist das dünnste Material der Welt, sehr leitfähig, leicht, transparent und flexibel.
So soll der Graphen-Akku funktionieren
Der Graphen-Akku basiert auf der bekannten Lithium-Ionen-Technologie. Wo in einer typischen Lithium-Ionen-Batterie die Anode aus mehrlagigem Kohlenstoff aufgebaut ist, sollen bei den neuen Akkus einlagige Graphen-Schichten zum Einsatz kommen. Da Graphen extrem dünn ist, würde es der Batteriezelle deutlich weniger Material und somit weniger Gewicht hinzufügen. Aber während sich die gravimetrische (also auf das Gesamtgewicht gezogene) Energiedichte potenziell verbessern würde, wäre die volumetrische (also auf das Gesamtvolumen der Batterie bezogene) Energiedichte mit Graphen-Anoden wesentlich schlechter. Und die volumetrische Energiedichte ist gerade für automobile Anwendungen besonders kritisch.
Was ebenfalls zu beachten ist: Berichte über tatsächliche Graphen-Akkus stammen größtenteils aus der akademischen Forschung und basieren im Wesentlichen auf Halb-Zell-Messungen. Solche Messungen führen allerdings nicht zu realistischen Ergebnissen in Bezug auf die Zell-Performance (vor allem Kapazitäten und Ladezeiten).
Mögliche Vorteile des Graphen-Akkus
Durch die Besonderheit des Werkstoffs könnten Graphen-Akkus eine Reihe von Vorteilen gegenüber herkömmlichen Akkus haben. Zum Beispiel ist Graphen ist ein sehr guter Wärme- und Stromleiter. Diese Eigenschaften könnten genutzt werden, wenn Graphen als Additiv in herkömmlichen Elektroden – sowohl der Anode als auch der Kathode – eingesetzt wird. Diese Anwendung wird von verschiedenen Zellherstellern evaluiert, es ist aber auch kritisch zu prüfen, inwieweit der Einsatz von Graphen die Kosten für den Akku erhöhen würde. Denn die Produktion des Materials ist sehr aufwendig: Es wird durch verschiedene mechanische oder chemische Herstellungsverfahren gewonnen. Die Batterien wären dementsprechend teuer. Vom serienreifen Einsatz in Elektroautos ist das Material also noch weit entfernt.
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Feststoffbatterie kurz vor dem Start
Am vielversprechendsten für die nächste Akkugeneration sind Feststoffbatterien, die bereits kurz vor der Serienreife stehen und viele Vorteile für den Einsatz in Elektroautos bieten. Sie nutzen einen festen Elektrolyten und bieten unter anderem eine höhere Energiedichte. Dank einer Partnerschaft mit dem amerikanischen Start-up QuantumScape ist Volkswagen bei der Entwicklung der neuen Batterien ganz vorne mit dabei.
Elektromobilität selbst erleben
Dass auch heutige Akkus komfortable Reichweiten ermöglichen und viel elektrischen Fahrspaß bieten, können Sie aus erster Hand erleben. Machen Sie sich am besten selbst ein Bild und vereinbaren Sie eine Probefahrt! Oder besuchen Sie unseren Online-Konfigurator und stellen Sie sich bequem und einfach Ihr nächstes Traumauto zusammen.
