Wie die kommende Batterietechnologie von Porsche Elektrofahrzeuge revolutionieren wird

Jun 05, 2023

Feststoffbatterien sind noch weit von der Produktion entfernt, aber Porsche wird die Lithium-basierten Batterien weiter verbessern.

Die Elektrifizierungsbemühungen von Porsche werden gut angenommen. Der Taycan ist eines der besten Elektrofahrzeuge, die man kaufen kann, insbesondere was das Fahrerlebnis angeht. Gleichzeitig ist die J1-Plattform, die Porsche Audi auch für den e-tron GT zur Verfügung gestellt hat, äußerst leistungsfähig, wenn es darum geht, sowohl über die 800-Volt-Architektur zu laden als auch eine ordentliche (aber nicht klassenbeste) Reichweite zu bieten. Man kann mit Sicherheit sagen, dass Porsches erster Versuch, ein Elektrofahrzeug zu bauen, recht erfolgreich war. Es ist eines der Fahrzeuge, die Elektrofahrzeugen ein unterhaltsames und dynamisches Image verliehen haben, und in den nächsten Jahren können wir von den Elektrifizierungsbemühungen von Porsche noch mehr Großes erwarten.

Verwandt: Das wissen wir über die zukünftige Elektrofahrzeugpalette von Porsche

Da es immer noch mehr Tankstellen als Ladestationen gibt und sie daher auch weit voneinander entfernt sind, ist Reichweitenangst ein allzu reales Phänomen. Das wird sich in den kommenden Jahren ändern, da Porsche in Zusammenarbeit mit der Cellforce Group und Group14 Technologies weitere Verbesserungen bei Lithium-Ionen-Batterien sieht. Bei Lithium-Ionen-Batterien handelt es sich um ein Mehrkomponentensystem. Das bedeutet, dass diese Batterien zwar größtenteils den heutigen Reichweiten-, Lade- und Sicherheitsanforderungen genügen, eine einfache Änderung einiger anderer Bestandteile jedoch zu erheblichen Leistungsverbesserungen führen kann.

Die Anode beispielsweise besteht derzeit aus Graphit, aber Silizium wird als weitere Alternative untersucht. Durch die Verwendung von Silizium wird die Gesamtkapazität der Lithium-Ionen-Batterie erhöht. Tatsächlich sagt Dr. Stefanie Edelberg, Fachingenieurin Batteriezelle bei Porsche Engineering: „Silizium ist von besonderem Interesse, weil es nach Lithium die zweithöchste Speicherkapazität hinsichtlich des Gewichts aufweist, was Zellen mit sehr hohen Energiedichten ermöglicht.“ Darüber hinaus ist es das zweithäufigste Element in der Erdkruste.“

Wenn also die Verwendung von Silizium für die Anode so vorteilhaft ist, warum wird sie dann noch nicht in Batterien implementiert? Das Problem liegt darin, dass Silizium Lithium absorbiert, wodurch sich die Partikelgröße um 300 Prozent erhöhen kann. Dadurch kommt es zu einer mechanischen Belastung des Materials und der Elektrode, wodurch sich die Lebensdauer der Batterie verringert. Ziel ist es daher vor allem, dass die Anoden einen hohen Siliziumanteil haben – angestrebt werden bis zu 80 Prozent. Daran arbeitet die Cellforce Group derzeit gemeinsam mit Porsche.

Verwandte Themen: Was Ihnen niemand über Festkörperbatterien erzählt

Neben Silizium in der Anode trägt die sogenannte „Cell-to-Pack“-Technologie auch zur Verbesserung der Batterieverpackung bei. Laut Prof. Maximilian Fichtner, Direktor des Helmholtz-Instituts Ulm (HIU) und Leiter der Forschungseinheit Energiespeichersysteme am Karlsruher Institut für Technologie (KIT), werden die Zellen direkt in das Batteriepaket integriert, wodurch „kleine“ Batterien entfallen. Waagenteile in aktuellen Batterien". Traditionell werden Zellen in Schokoriegelgröße einzeln miteinander verbunden, doch mit der Cell-to-Pack-Methode werden Zellen mit einer Länge von bis zu 1,20 Metern (3,94 Fuß) jetzt dicht gepackt, was mehr Lagerung und bessere Kühlung in einem ermöglicht kleineres oder dichteres Paket. Aufgrund all dieser mittelfristigen Innovationen von der Siliziumanode bis zur dichten Packung der Batteriezellen können wir laut Fichtner künftig mit einer Reichweite von 1.300 km (807,78 Meilen) bzw. Reichweitensteigerungen von etwa 30 bis 50 rechnen Prozent.

Verwandt: 10 Elektrofahrzeuge, die so schnell wie möglich Festkörperbatterien benötigen!

Während eine große Reichweite ein großer Vorteil für Käufer von Elektrofahrzeugen sein wird, wird es auch von Vorteil sein, den Ladevorgang so schnell zu machen, dass er genauso schnell ist wie das Tanken. Markus Gräf, Chief Operating Officer der Cellforce Group, sagt, dass die Verwendung von Silizium als Anode auch den Ladevorgang von 10 auf 80 Prozent in weniger als 15 Minuten beschleunigen kann, während die 800-Volt-Architektur des aktuellen Taycan die gleiche Leistung in 22,5 Minuten schafft. Darüber hinaus ermöglicht die Verwendung eines höheren Nickelanteils für die Kathode höhere Ladekapazitäten. Aber welchen Sinn hat es, einen Akku zu haben, der viel Strom aufnehmen kann, wenn das Ladegerät nicht mithalten kann, oder? Die zukünftige Elektrofahrzeug-Architektur von Porsche wird in der Lage sein, mehr als 500 kW Gleichstrom-Schnellladung zu ermöglichen, im Vergleich zu den bereits schnellen 270 kW Gleichstrom des Taycan. Damit das Ladegerät diese Leistung bewältigen kann, benötigen Ladestationen künftig eine aktive Kühlung, damit alle 500 kW Leistung effizient und kontinuierlich an die Batterie abgegeben werden können.

Verwandt: Werden Festkörperbatterien die EV-Batterien von Tesla überflüssig machen?

Es überrascht nicht, dass Porsche wie alle anderen Hersteller von Elektrofahrzeugen die Festkörperbatterie als den heiligen Gral der Energiespeicherung betrachtet. Die Ziele von Porsche mit der Festkörperbatterie-Technologie ähneln denen aller anderen: Sie soll kompakter als die heutigen Lithium-Ionen-Batterien sein und gleichzeitig sicherer und energiedichter sein. Festkörperbatterien verwenden keine flüssige Elektrolytlösung. Stattdessen wird ein fester Grundelektrolyt verwendet, was der Hauptgrund für die großen Hoffnungen ist, eine sicherere Form der Batterietechnologie zu sein. „Der Plan für Feststoffzellen sieht vor, dass der klassische Separator komplett durch eine dünne Schicht aus Festelektrolyten ersetzt wird“, erklärt Edelberg. „Der Festelektrolyt ist dann Elektrolyt und Separator in einem.“

Verwandte Themen: 10 Möglichkeiten, wie Festkörperbatterien Elektrofahrzeuge für immer verändern werden

Zur Überraschung von niemandem ist die Entwicklung von Festkörperbatterien noch weit davon entfernt, den Status einer Massenproduktion zu erreichen. Was können wir also in ein paar Jahren von den Elektrofahrzeugen von Porsche erwarten? Die Versprechen größerer Reichweite und kürzerer Ladezeiten durch den Einsatz von Lithium-Silizium-Batterien sind beeindruckend, da es sich um eine Technologie handelt, deren Forschungs- und Entwicklungsstadium ihrem Endziel schon näher gekommen ist.

Tatsächlich steckt die Elektrofahrzeugtechnologie im Allgemeinen noch in den Kinderschuhen. Obwohl wir mit der heutigen Lithium-Ionen-Batterietechnologie Fortschritte in Bezug auf Ladung und Reichweite gemacht haben, gibt es immer noch viel Raum für Innovationen. Neben Porsche arbeitet auch BMW intensiv mit Solid Power an der Entwicklung von Festkörperbatterien. Tatsächlich wurden bereits 20-Ah-Zellen für erste Tests an BMW geliefert, was die Technologie der Massenproduktion einen Schritt näher bringt. Als Referenz entwickelt Solid Power drei Arten von Festkörperbatterien: Silizium-EV-Zellen, Lithium-Metall-EV-Zellen und Umwandlungsreaktionszellen. Welches Unternehmen auch immer das Rennen um die Batterietechnologie gewinnt, ist ein Gewinn für die gesamte Automobilindustrie. Ein großer Sprung in der Batterietechnologie bedeutet, dass wir dem Ziel, Elektrofahrzeuge zu einem echten Ersatz für den Verbrennungsmotor (ICE) zu machen, der bereits seinen technologischen Höhepunkt erreicht hat, einen Schritt näher gekommen sind.

Isaac Atienza ist ein philippinischer Autojournalist, der 2021 zu TopSpeed.com kam. Er besitzt außerdem eine philippinische Auto-Website namens Go Flat Out PH und schreibt außerdem für eine lokale Zeitung namens The Manila Times. Isaac Atienza ist ein Autoliebhaber, der vor allem Kombis für den besten Fahrzeugtyp hält, obwohl ihn auch Sportwagen und alles mit drei Pedalen begeistern.