Gepulstes Laden für Elektroauto-Akkus

Dabei wird der Akku – mit Lithium-Nickel-Mangan-Kobaltoxid-Kathode und Graphit-Anode – nicht permanent mit Gleichstrom, sondern durch einen gepulsten Strom aufgeladen. "Gepulst" heißt, der Ladestrom wird 2000mal pro Sekunde ein- und ausgeschaltet, was einer Frequenz von 2000 Hertz entspricht.

Anschließend wurde der so geladene Akku zerlegt und die Elektroden untersucht. Ergebnis: Insbesondere die Graphit-Anode war erkennbar weniger geschädigt als die konventionell geladene. Die so genannte Festkörper-Elektrolyt-Zwischenschicht (SEI), die den Elektronenfluss behindert, war dünner. "Das Aufladen mit gepulstem Strom fördert die homogene Verteilung der Lithium-Ionen im Graphit", so Yaolin Xu vom Helmholtz Zentrum Berlin (HZB).

In der Anode war die so genannte Grenzschicht, die den Elektronenfluss behindert, beim gepulsten Laden dünner. Außerdem fanden sich weniger Risse in der Anode. In Summe war die mechanische Belastung durch das gepulste Laden geringer, so der 35-jährige Forscher. Das könnte die Lebensdauer von bisher acht Jahren erheblich verlängern. So könnte die Technik die Lebensdauer von Akkus deutlich steigern, um so mehr, wenn man diese Tipps beherzigt.

Muss ein E-Auto-Akku bei jedem Laden die Puls-Therapie erhalten, um jung zu bleiben? Nach Xus Einschätzung genügt gelegentliches Pulsen, um die Akku-Kapazität zu verlängern. Ein regelmäßig "pulsgeladener" Akku könne doppelt so lange halten wie einer, der mit konventionellem Gleichstrom betankt wird, ist die Schlussfolgerung des Wissenschaftlers.

Ein Praxistest ist bereits in Planung: Der industrielle Projektpartner, das britische Unternehmen TAE Power Solutions, arbeitet bereits am Prototyp einer Pulsladestation. "Das Gerät würde wie eine normale Ladestation funktionieren", erklärt Xu. Ein weiterer Effekt: Mit Puls-Laden sind erheblich schnellere Ladezeiten denkbar. "Die Puls-Ladetechnik von TAE Power Solutions ermöglicht viermal schnelleres Laden", so Xu, der auf physikalische Chemie in der Werkstoffkunde spezialisiert ist.

In Zukunft könnte man sich vorstellen, dass im Display von E-Autos ein Hinweis erscheint, dass wieder einmal eine Puls-Ladung fällig ist. Dann sucht man sich eine verfügbare Pulsladestation aus und lässt die Behandlung automatisiert durchführen. Wie oft das passieren sollte, ist unklar. "Daran wird noch geforscht", so der Wissenschaftler. Was schon jetzt feststeht: Es kommt auf die Frequenz des gepulsten Ladestroms an. Bisher wurde das Experiment ausschließlich mit Lithium-Nickel-Mangan-Kobaltoxid-Akkus durchgeführt. Der Forscher geht indes davon aus, dass Pulsen auch den günstigeren Lithium-Eisen-Phosphat-Batterien zu höherer Lebenserwartung verhelfen könne.