Elektromobilität gilt als eine Option, den weltweiten CO2-Ausstoß zu minimieren. Allerdings können selbst die neusten Lithium-Ionen-Akkus mit der Leistungsfähigkeit von Verbrennungsmotoren nicht mithalten. Ein weiteres Problem sind die langen Ladezeiten. Während es nur wenige Minuten dauert, bis ein Kraftstofftank gefüllt ist, braucht es für das komplette Aufladen einer E-Auto-Batterie mehrere Stunden.

Forscher der University of California in San Diego (UCSD) haben nun eine Technologie entwickelt, durch die Lithium-Metall-Batterien zu einer vielversprechenden Option für die Stromversorgung in E-Mobilen werden können. Immerhin haben die eine doppelt so hohe Kapazität wie die besten heutigen Lithium-Ionen-Akkus. Bei gleichem Batteriegewicht könnten lithium-metall-betriebene Elektrofahrzeuge deshalb doppelt so weit fahren wie lithium-ionen-betriebene Fahrzeuge. Allerdings stand bislang die relativ kurze Lebensdauer von Lithium-Metall-Batterien dem Einsatz in E-Mobilen im Weg.

Das winzige Ultraschallgerät macht nur den Bruchteil einer 1-Cent-Münze aus. Bildrechte: David Baillot/University of California San Diego

Die Wissenschaftler aus San Diego haben dieses Problem nun behoben. Sie statteten Lithium-Metall-Batterien mit einem von ihnen entwickelten Ultraschall-Emissionsgerät aus. Das winzige Gerät, das nur einen Bruchteil einer US-1-Cent-Münze ausmacht, sendet permanent Ultraschallwellen, wodurch ein zirkulierender Strom in der Elektrolytflüssigkeit zwischen Anode und Kathode der Batterie erzeugt wird. Dieser Elektrolytfluss verhindert, dass sich während des Ladevorgangs Lithium in nadelartigen Strukturen, den sogenannten Dendriten, an der Anode ansiedelt, was zu einer verminderten Leistung und sogar zu Kurzschlüssen führen kann.

Die modifizierte Lithium-Metall-Batterie. Bildrechte: David Baillot/University of California San Diego

Die Forscher zeigten, dass eine mit ihrem Ultraschall-Emissionsgerät ausgestattete Lithium-Metall-Batterie über 250 Zyklen und eine Lithium-Ionen-Batterie sogar über mehr als 2.000 Zyklen geladen und entladen werden kann. Und das extrem schnell: So wurden die Batterien bei jedem Zyklus innerhalb von zehn Minuten von 0 auf 100 Prozent aufgeladen. Das winzige Ultraschallgerät kann übrigens auch in jeder anderen Batterie, unabhängig von deren Chemie, eingesetzt werden. Derzeit arbeiten die UC-Forscher an der Integration ihrer Technologie in kommerzielle Lithium-Ionen-Batterien.

Das von den Forschern in San Diego entwickelte Ultraschall-Emissionsgerät wird übrigens aus handelsüblichen Smartphone-Komponenten hergestellt. Diese erzeugen Ultraschallwellen mit extrem hohen Frequenzen von 100 Millionen bis 10 Milliarden Hertz. In Telefonen werden diese Geräte hauptsächlich zur Filterung des drahtlosen Mobilfunksignals und zur Identifizierung und Filterung von Sprachanrufen und Daten verwendet.