In nur 90 Sekunden lässt sich der Lithium-Carbon-Akku aufladen, den Allotrope Energy und Mahle Powertrain entwickelt haben. Er verbindet die Vorteile von Superkondensatoren und klassischen Lithium-Ionen-Batterien. Ein wichtiges Einsatzgebiet sind Lieferdienste.

Seit der Pandemie und den Lockdowns boomen Lieferdienste. Leider beeinträchtigen Mopeds mit Verbrennungsmotor die Luftqualität. »Dieser Lieferfahrzeuge zu dekarbonisieren hat sich bisher als schwierig erwiesen, wenn man keinen umfangreichen Bestand an teuren austauschbaren Batterien vorhalten oder auf ein größeres, schwereres Elektrofahrzeug mit höherem Energiebedarf umsteigen will«, meint Dr. Mike Bassett, Forschungsleiter bei Mahle Powertrain.

In einem Gemeinschaftsprojekt mit Allotrope Energy hat das Unternehmen untersucht, wie ein elektrisches Moped als städtisches Lieferfahrzeug eingesetzt werden könnte, das von einer kostengünstigen Lithium-Carbon-Batterie angetrieben wird, die sich bei Zwischenstopps in 90 Sekunden aufladen lässt.

Die Lithium-Carbon-Technologie von Allotrope Energy kombiniert die Vorteile von Superkondensatoren und herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien. Eine solche Zelle lässt sich rasch wiederaufladen und weist dennoch eine hohe Energiedichte auf. Die Technologie besteht aus einer batterieartigen Anode und einer kondensatorähnlichen Kathode mit hoher Kapazität. Getrennt sind beide Elektroden durch einen organischen Elektrolyten.

So entstand eine Batteriezelle, die laut Hersteller keine der thermischen Zersetzungseffekte aufweisen soll, wie sie bei herkömmlichen lithiumbasierten Systemen auftreten können. Ihre Stabilität auch bei hohen Temperaturen sorgt nach Unternehmensangaben dafür, dass sie hohe Ströme bereitstellen und schnell wieder aufgeladen werden kann, ohne eine komplexe externe Kühlung oder ein aufwendiges Batteriemanagementsystem zu benötigen. Sie ist unempfindlich gegen unkontrolliertes thermisches Durchgehen.

Dank der kondensatorartigen Kathode beträgt die Lebensdauer mehr als 100.000 Zyklen, was weitaus mehr ist als bei herkömmlichen Akkus. Da keine Seltenen Erden zum Einsatz kommen und sich die Zelle vollständig recyceln lässt, kann sie sowohl während der Produktion als auch danach zum Schutz der Umwelt beitragen.

Im Rahmen des Projekts untersuchte Mahle Powertrain das Szenario eines innerstädtischen Lieferdienstes mit E-Roller und einer Zielreichweite von 25 km. Eine herkömmliche Lithium-Ionen-Batterie mit 500 Wh müsste während einer Schicht einmal wiederaufgeladen werden, was selbst mit einem Schnellladegerät mehr als 30 Minuten dauern würde. Außerdem verkürzt das regelmäßige Schnellladen die Lebensdauer der Batterie so sehr, dass sie wahrscheinlich alle ein bis zwei Jahre ausgetauscht werden müsste. Ein Lithium-Carbon-Akku hingegen lässt sich in nur 90 Sekunden mit 20 kW aufladen – also in der Zeit, in der die nächste Lieferung abgeholt wird.

»Mit ultraschneller Ladung lässt sich die Größe der Batterie auf die Einsatzszenarien des Fahrzeugs abstimmen, was nicht nur Gewicht spart, sondern auch die Kosten senkt und damit die Hürden für die Verringerung des Kohlenstoffausstoßes weiter senkt«, so Dr. Bassett. Weiter führt er aus: »Die eigentliche Herausforderung bestand darin, die elektrische Architektur so zu gestalten, dass sie solch hohe Ladeströme aufnehmen kann.«

Da es auf dem Markt keine geeigneten Ladesysteme gibt, die so hohe Ladeströme über das Netz liefern können, nutzt das Team von Bassett einen in das Ladegerät integrierten Energiespeicher auf Basis von Kondensatoren. Dadurch lassen sich Ladeleistungen von 20 kW für 90 Sekunden auch aus einem normalen einphasigen 7-kW-Anschluss realisieren. Dies reduziert die Kosten und die Komplexität, ohne dass teure Upgrades des Netzanschlusses erforderlich wären.

Um Platinen aus KFZ-Energiespeichersystemen zu prüfen, hat MCD einen Funktionstester entwickelt.

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