Erweiterte Sensoren in Batterien könnten Elektrofahrzeugen helfen, länger und mit weniger Umweltschäden zu fahren. © StudioFI, Shutterstock.com

Batterien sind eine der größten Beschleunigungen auf dem Weg zur Massennutzung von Elektrofahrzeugen.Das ist die Vision, die Forscher wie Johannes Ziegler und Liu Sufu antreibt., die daran arbeiten, dies Wirklichkeit werden zu lassen.

Die Verkäufe von Elektrofahrzeugen in Europa sind im Februar um 20% gestiegen, verglichen mit dem gleichen Monat 2024.Aber ihre Reise ist nicht ohne Herausforderungen..

Die meisten Elektrofahrzeuge setzen auf Lithium-Ionen-Batterien, ähnlich denen in unseren Handys, aber viel größer und komplexer.Nickel und Kupfer und muss über ein Jahrzehnt halten, die der erwarteten Lebensdauer eines Elektrofahrzeugs entspricht.

Um dieser Herausforderung zu begegnen, hat sich ein Forscherteam im Rahmen einer EU-finanzierten Initiative namens PHOENIX zusammengetan, die darauf abzielt, Batterien zu entwickeln, die sich selbst heilen können.Sie sollen sicherer werden und die Notwendigkeit neuer Batteriemetalle verringern..

"Die Idee ist, die Lebensdauer der Batterie zu verlängern und ihren CO2-Fußabdruck zu verringern, da sich dieselbe Batterie selbst reparieren kann, so dass insgesamt weniger Ressourcen benötigt werden", sagte Ziegler.ein Materialwissenschaftler am Fraunhofer-Institut für Silikatforschung ISC in Deutschland.

Im Jahr 2023 identifizierte die EU 34 Materialien als kritisch, darunter Batteriemetalle wie Lithium, Nickel, Kupfer und Kobalt.

Das Phönix-Projekt ist nach dem mythischen Vogel benannt, der aus seiner eigenen Asche aufsteigt, ein passendes Symbol für die Wiedergeburt und Erneuerung, die die Forscher in der Batterietechnologie erreichen wollen.

Die EU-Gesetzgebung verlangt, dass diealle ab 2035 verkauften Neuwagen und LieferwagenZiel ist es, die Treibhausgasemissionen aus dem Verkehrssektor deutlich zu senken.

Damit das geschieht, brauchen Elektroautos bessere Batterien.

Sinn und Auslöser

Jeder, der ein Smartphone besitzt, kennt die Frustration mit Batterien: Nach ein paar Jahren sinkt ihre Lebensdauer. Das gleiche Problem plagt Elektrofahrzeuge, nur in größerem Maßstab.

Dies geschieht, weil sich Teile der Batterie im Laufe der Zeit nachlassen, wenn sie wiederholt geladen und entladen werden.

Wissenschaftler aus Belgien, Deutschland, Italien, Spanien und der Schweiz arbeiten zusammen, um Sensoren zu entwickeln, die Veränderungen in einer Lithium-Ionen-Batterie erkennen, wenn sie altert.und aktivieren die Selbstheilung der Batterie, wenn nötig.

Ziel ist es, die Lebensdauer der Batterien und damit die Lebensdauer von Elektrofahrzeugen zu verdoppeln.

- Ich weiß.

Die Idee ist, die Lebensdauer der Batterie zu verlängern und ihren CO2-Fußabdruck zu reduzieren, weil sich dieselbe Batterie selbst reparieren kann, so dass insgesamt weniger Ressourcen benötigt werden.

Heutzutage überwachen Batteriemanagementsysteme (BMS) - das Gehirn einer Batterie - die Spannung und Temperatur einer Batterie, um sicherzustellen, dass sie nicht überhitzt und Sicherheitsprobleme verursacht.

¢Derzeit ist das, was erkannt wird, in Bezug auf allgemeine Temperatur, Spannung und Strom sehr begrenzt.‡ sagte Yves Stauffer, Ingenieur am Schweizerischen Zentrum für Elektronik und Mikrotechnologie (CSEM), einem Innovationszentrum, das disruptive Technologien entwickelt.

Das Phoenix-Team will noch weiter gehen, indem es fortschrittliche Sensoren und Auslöser einführt, von denen einige erkennen, wenn sich die Batterie ausdehnt, andere eine Wärmekarte erzeugen,und einige werden auf gefährliche Gase wie Wasserstoff oder Kohlenmonoxid achten.

Alle diese Sensoren werden ein Frühwarnsystem für die Gesundheit der Batterie bieten.

Wenn das Gehirn der Batterie entscheidet, dass eine Reparatur notwendig ist, wird die Heilung aktiviert.oder gezielte Hitze anwenden, um Selbstreparaturmechanismen im Inneren auszulösen.

"Die Idee ist, dass bei thermischer Behandlung eine einzigartige chemische Bindung wieder entsteht", sagte Sufu, ein Batteriechemiker bei CSEM, der ebenfalls an PHOENIX arbeitet.

Eine andere Methode zur Selbstheilung verwendet Magnetfelder, um Dendriten – verzweigte metallische Strukturen, die sich während des Aufladens an den Batterieelektroden bilden und Kurzschlüsse und Ausfälle verursachen können, aufzulösen.

Größe spielt eine Rolle

PHOENIX-Forscher zielen auch darauf ab, die Reichweite von Elektrofahrzeugen zu erhöhen und die Größe von Batterien zu reduzieren.

"Wir versuchen, Batterien der nächsten Generation mit einer höheren Energiedichte zu entwickeln", sagte Sufu.Das würde es leichter machen und es ermöglichen, mit einer einzigen Ladung weiter zu fahren..

Eine Strategie besteht darin, Graphit, das Material, das in Bleistiften verwendet wird, durch Silizium zu ersetzen, das irgendwo zwischen Metallen und Nichtmetallen liegt.

Dies wird in heutigen kommerziellen Batterien nicht weit verbreitet, zum Teil weil Silizium weniger stabil ist und sich sein Volumen während der Lade- und Entladung um bis zu 300% erweitern kann, sagte Sufu.Eine Batterie müsste in der Lage sein, diese drastischen Veränderungen zu überstehen oder sich selbst zu reparieren.

- Ich weiß.

Wir versuchen, Batterien der nächsten Generation mit höherer Energiedichte zu entwickeln.

Im März 2025 wurde eine neue Charge von Sensorprototypen und -Triggern entwickelt und an Partner ausgeliefert, um sie auf Batteriebeutelzellen zu testen. Flexible, leichte und flache Lithium-Ionenbatterien.

Das Laden einer Batterie mit Sensoren ist zwar sehr gut, um Informationen über den Gesundheitszustand zu erhalten, aber es erhöht auch die Kosten.Das Team konzentriert sich daher darauf, zu ermitteln, welche Technologien genügend Vorteile bieten, um die Kosten von Elektrofahrzeugen zu rechtfertigen..

Egal, welcher Ansatz vorherrscht, zukünftige Elektrofahrzeuge werden länger halten und mit sichereren, kompakteren und weniger ressourcenintensiven Batterien weiter fahren können.

Durch die Verlängerung der Akkulaufzeit wird auch der CO2-Fußabdruck von Elektrofahrzeugen verringert, was sowohl für Verbraucher als auch für die Umwelt von Vorteil ist.

"Es ist spannend, die Lebensdauer von Batterien zu verlängern und an Elektrofahrzeugen zu arbeiten", sagte Ziegler.