#Bessere #Batterien für #Elektroautos - Durchbruch des Elektroautos lässt auf sich warten...

Informationsdienst Wissenschaft - idw - Pressemitteilung
Fraunhofer-Gesellschaft, Britta Widmann, 03.03.2011 11:44

Bessere Batterien für Elektroautos

Der Durchbruch des Elektroautos lässt auf sich warten.

 

Dies liegt vor allem am zentralen Bauteil – der Batterie.

 

Noch sind Lithium-Ionen-Akkus zu teuer, ihre Reichweiten zu gering.

 

Neue Materialien sollen für bessere Akkus sorgen.

 

Eine Simulationssoftware von Fraunhofer-Forschern hilft, den
Entwicklungsprozess zu beschleunigen.

Elektroautos gehört die Zukunft – da sind sich Politik und Autoindustrie
einig. Die Bundesregierung will Deutschland als Leitmarkt für
Elektromobilität etablieren. Bis 2020 sollen eine Million PKW mit
Elektroantrieb auf deutschen Straßen fahren. Die Startchancen sind gut:
Wie der ADAC in einer Umfrage herausgefunden hat, würden sich 74 Prozent
der Befragten ein Elektroauto kaufen, wenn es hinsichtlich Kosten, Komfort
und Sicherheit keine Abstriche verlangt. Abstriche wollen die Verbraucher
auf keinen Fall bei der Reichweite machen. Rund ein Drittel der Autofahrer
möchte mindestens 500 Kilometer weit fahren können.

Und hier liegt auch die Krux: Zu wenige Ladestationen und geringe

Batterielaufzeiten haben bislang verhindert, dass sich die Elektroflitzer

durchsetzen konnten.

Lithium-Ionen-Akkus, die die meisten Autohersteller verwenden, sind zu
schwer, zu teuer und zu schnell leer. Neue Materialien sollen den
Energiespeicher daher in punkto Kapazität, Leistungsfähigkeit, Lebensdauer
und Sicherheit verbessern. Doch die Entwicklung solcher Materialien ist
zeit- und kostenaufwändig. Im Projekt »Fraunhofer-Systemforschung
Elektromobilität« haben Forscher des Fraunhofer-Instituts für Techno- und
Wirtschaftsmathematik ITWM in Kaiserslautern jetzt eine Software zur
Simulation von Lithium-Ionen-Batterien entwickelt, die diesen Prozess
beschleunigen und effizienter gestalten soll. BEST, kurz für Battery and
Electrochemistry Simulation Tool, heißt die neue Software.

Ein Lithium-Ionen-Akku besteht aus zwei porösen Elektroden, die durch
einen elektrolytgefüllten Separator getrennt sind. Beim Laden und Entladen
der Batterie werden Lithium-Ionen zwischen den Elektroden ausgetauscht.
»Die Leistungsfähigkeit der Batterie hängt von den verwendeten Materialien
der Komponenten ab. Diese müssen miteinander harmonieren. Mit unserer
Software lassen sich unterschiedliche Materialkombinationen simulieren.

So kann man die geeignete Zusammensetzung herausfinden.

Das bisherige Testen nach dem Trial-and-Error-Prinzip entfällt«,

sagt Dr. Jochen Zausch, Wissenschaftler der Gruppe »Komplexe Fluide«

am ITWM.

Den ITWM-Forschern ist es gelungen, die komplette Batteriezelle sowie
Transport- und Reaktionsvorgänge der Lithium-Ionen sowohl auf
makroskopischer als auch auf mikroskopischer Ebene darzustellen. »Wir
können die mikroskopische Struktur der Elektroden anzeigen. Jede einzelne
10 Mikrometer große Pore ist zu sehen. Das leistet keines der derzeit
erhältlichen kommerziellen Programme. Auch die Position und die Form der
Elektroden ist variierbar«, so Zausch. Indem die Struktur der Elektroden
räumlich aufgelöst und dreidimensional dargestellt wird, lassen sich
Parameter wie Konzentrationsverhältnisse der Lithium-Ionen,
Elektrolytkonzentration und Stromdichte berechnen. Die Berechnungen
erfolgen mit einem speziellen, selbst programmierten Finite-Volumen-
Verfahren, das die Forscher in die Software integrierten. Die Verteilung
des Stromflusses gibt beispielsweise Aufschluss über die Wärmeproduktion
in der Batterie. »Hotspots«, die besonders heiß werden und sich entzünden
könnten, sind mit der Software schnell aufgespürt. Auch Alterungseffekte
lassen sich mit BEST bewerten. Denn die Temperaturentwicklung beeinflusst
die Lebensdauer der Akkus. Ziel der Wissenschaftler ist es, das Programm
um Alterungsmodelle zu erweitern, die diese Untersuchungen noch weiter
vereinfachen.

»Letztendlich soll BEST sowohl Automobilproduzenten als auch Hersteller
elektrischer Energiespeicher dabei unterstützen, stabile und sichere
Batterien mit höherer Reichweite und zugleich verbessertem
Beschleunigungsverhalten zu bauen«, resümiert Zausch. Zu sehen ist die
Software auf der Hannover Messe vom 4. bis zum 8. April am Fraunhofer-
Gemeinschaftsstand in Halle 2, Stand D22.

Arten der Pressemitteilung:
Buntes aus der Wissenschaft
Forschungsprojekte

Sachgebiete:
Energie
Informationstechnik
Mathematik
Umwelt / Ökologie
Verkehr / Transport

Weitere Informationen finden Sie unter
http://www.fraunhofer.de/presse/presseinformationen/2010-2011/15/bessere-batterien-fuer-elektroautos.jsp  Ansprechpartner

Zu dieser Mitteilung finden Sie Bilder unter der WWW-Adresse:
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So stellt die Simulationssoftware BEST eine Batterie mikroskopisch dar. Rechts und links sind die porösen Elektroden zu sehen.

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