Das finnische Technologieunternehmen Donut Lab hat neue unabhängige Testdaten für seine sogenannte Donut-Batterie veröffentlicht, und die Schlagzeile lautet, dass die Festkörperzelle nicht nur extreme Hitze überlebt, sondern auch gedeiht.
Donut Lab ist das Technologieunternehmen hinter den Batterien, Motoren und Steuerungssystemen, die in Verge-Elektromotorrädern verwendet werden.
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Die Tests wurden vom VTT Technical Research Centre of Finland unter kontrollierten Laborbedingungen durchgeführt, wobei der Schwerpunkt ganz auf der Hochtemperaturleistung lag. Das ist wichtig, denn Wärme ist die Achillesferse herkömmlicher Lithium-Ionen-Batterien.
Jeder, der die Entwicklung von Elektrofahrzeugen oder E-Bikes verfolgt hat, kennt das Problem mit herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien. Fordern Sie sie hart, sei es durch schnelles Aufladen, anhaltend hohe Belastung, heißes Wetter, aggressives Fahren und steigende Temperaturen. Sobald die Temperatur über etwa 60 bis 70 °C liegt, beschleunigt sich der Abbau. Der interne Widerstand steigt, die Kapazität sinkt und im schlimmsten Fall befinden Sie sich im thermischen Durchgehen.
Aus diesem Grund sind moderne Elektrofahrräder und -autos vollgepackt mit Kühlsystemen, Wärmemanagementsoftware und Sicherheitspuffern. Hitze verringert nicht nur die Effizienz; Dies verkürzt die Lebensdauer der Batterie und erhöht die Sicherheitsrisiken.
Theoretisch ändern Festkörperbatterien diese Gleichung, indem sie den brennbaren flüssigen Elektrolyten entfernen und ihn durch ein festes Material ersetzen. Dadurch wird die Brandgefahr verringert und die thermische Stabilität erhöht. Das Versprechen war schon immer eine höhere Energiedichte, mehr Sicherheit und eine verbesserte Haltbarkeit. Auch wenn sich das alles wie eine Win-Win-Situation anhört, liegt der Haken zumindest bisher darin, sie für die reale Produktion zu skalieren. Donut Lab sagt, dass es bereits da ist.
Der VTT-Test selbst war recht unkompliziert: Eine einzelne Donut-Batteriezelle wurde auf einem Aluminiumprofil mit einer Stahlplatte montiert, die leichten Druck ausübte, um Hotspots zu vermeiden. Die Kapazität wurde dann bei zunehmend höheren Temperaturen gemessen.
Die Basislinie wurde bei Raumtemperatur mit einer standardmäßigen 1C-Entladung bis auf 2,7 Volt und anschließender Wiederaufladung auf 4,15 Volt ermittelt. Von dort aus wurde die Kammertemperatur auf 80 °C erhöht und der gleiche 1C-Entladungstest wiederholt. Der Prozess wurde dann auf 100 °C weitergeführt, dieses Mal mit einer Entladungsrate von 0,5 °C. Abschließend wurde die Zelle wieder auf 20 °C abgekühlt und wieder aufgeladen, um zu bestätigen, dass sie ihre ursprüngliche Kapazität beibehielt.
In der Pressemitteilung von Donut Lab heißt es, dass die Zelle bei 80 °C bis zu 110 % ihrer Nennkapazität bei Raumtemperatur lieferte und dies effizienter tat. Bei 100 °C wurden etwa 107 % der Nennkapazität erreicht. Auf dem Papier klingt das kontraintuitiv – Batterien sollen nicht an Kapazität gewinnen, wenn sie heißer werden – aber die Erklärung liegt im Innenwiderstand. Mit zunehmender Temperatur sinkt der Widerstand im Inneren der Zelle, wodurch der Spannungsabfall unter Last verringert wird. Ein geringerer Spannungsabfall während der Entladung bedeutet mehr nutzbare Energie, bevor die untere Abschaltschwelle erreicht wird. Praktisch gesehen kann der Akku auf mehr von dem zugreifen, was bereits vorhanden ist.
Entscheidend ist, dass die Zelle nach Rückkehr auf Raumtemperatur keinen Funktionsverlust zeigte. Es wurde wieder auf 4,15 Volt aufgeladen und behielt die gleiche Ladekapazität wie vor der Hitzeeinwirkung. Selbst bei 100 °C, wo der Außenbeutel offenbar sein Vakuum verlor, blieben die aktiven Materialien voll funktionsfähig.
Wenn sich diese Ergebnisse von der Laborzelle auf das komplette Produktionspaket übertragen lassen, ist das möglicherweise von Bedeutung – insbesondere für leistungsstarke Elektrofahrzeuge und Elektromotorräder.
Beim Fahren unter hoher Belastung, beispielsweise bei anhaltender Geschwindigkeit auf der Autobahn, auf der Rennstrecke und bei aggressiver Beschleunigung, entsteht Wärme. Damit müssen aktuelle Lithium-Ionen-Akkus sorgfältig umgehen. Bei steigenden Temperaturen reduzieren Batteriemanagementsysteme die Leistung, um die Zellen zu schützen. Aus diesem Grund drosseln einige leistungsstarke Elektrofahrzeuge nach wiederholten harten Starts leise ihre Leistung.
Gerade bei Elektromotorrädern kommt es auf Verpackung und Gewicht an. Eine Batterie, die Hitze ohne aufwändige Kühlhardware verträgt, könnte zu leichteren Fahrrädern, einer einfacheren Architektur und möglicherweise einer besseren Leistung führen.
Es lohnt sich, im Auge zu behalten, dass es sich immer noch um Tests auf Zellenebene handelt und nicht um ein komplettes Fahrzeugpaket, das Tausende von Zyklen unter realen Bedingungen übersteht. Langlebigkeitsdaten, Schnelllade-Stresstests, Crash-Resilienz und Großserienfertigung sind die Hürden, die schon viele Solid-State-Anwärter zum Stolpern gebracht haben.
Und während höhere Temperaturen den Innenwiderstand vorübergehend verringern können, beschleunigt die langfristige Einwirkung extremer Hitze bei den meisten Batteriechemien in der Regel die Verschlechterung. Die entscheidende Frage wird sein, wie sich diese Zelle nach Hunderten oder Tausenden von Hochtemperaturzyklen verhält.
Im Moment sind die Labordaten vielversprechend, aber der nächste Schritt wird sein, zu sehen, ob die Donut-Batterie in echte Serienfahrzeuge skaliert werden kann und die gleiche Widerstandsfähigkeit bietet, wenn sie in etwas geschraubt wird, das sein ganzes Leben lang hart gefahren wird und nicht in einer Testkammer steht.
