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Oct 22, 2023

Was ist ein Aluminium?

Eine EV-Batterie, die mit Luft betrieben wird? Melden Sie sich bitte bei uns an. Während der EV-Markt weitergeht

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Während der Markt für Elektrofahrzeuge weiter an Dynamik gewinnt, haben einige Autokäufer immer noch Bedenken hinsichtlich der Reichweite und der Sicherheit von Lithium-Ionen-Batterien. Um diese berechtigten Bedenken auszuräumen, wird viel Geld und Zeit in die Entwicklung neuer Batterietechnologien investiert.

In den letzten Jahren haben Unternehmen in eine alte, aber verbesserte Batterie auf Basis von Aluminium und Luft investiert, die das Potenzial hat, die Elektrofahrzeugindustrie erheblich voranzubringen. Die Aluminium-Luft-Batterie (Al-Luft) scheint bahnbrechend für Elektrofahrzeugbatterien zu sein, aber ist das alles ein Hype?

Elektrofahrzeuge spielen eine entscheidende Rolle bei der Verwirklichung einer Netto-Null-Zukunft. Allerdings behindern Reichweitenangst und Sicherheitsfragen bei Lithium-Ionen-Batterien das Wachstum des Elektrofahrzeugmarkts. Lithium-Ionen-Batterien haben die Revolution der Elektrofahrzeuge angeführt, ihre Reichweite ist jedoch immer noch auf 400 Meilen begrenzt, was bei langen Autofahrten zu Problemen führen kann.

Der Aufwand, in abgelegenen Gebieten eine Ladestation zu finden und zu warten, bis Ihr Elektrofahrzeug aufgeladen ist, kann potenzielle Käufer abschrecken. Andere wahrgenommene Probleme mit Lithiumbatterien, wie z. B. Batterieverschlechterung, Auslaufen und Überladung, helfen dem Gehäuse ebenfalls nicht besonders. Bei allen anderen verfügbaren Batterietechnologien erfreuen sich Al-Air-Batterien großer Beliebtheit, da sie nicht aufgeladen werden müssen.

Das Konzept dieser Batterien reicht bis in die 1960er Jahre zurück. Da sein Elektrolyt jedoch gefährlich ätzend und giftig war, konnte es nicht kommerziell genutzt werden. Trevor Jackson, ein technischer Offizier der britischen Royal Navy, begann 2001 mit dem Experimentieren mit der Batterie, um sie sicherer zu machen. Al-Luft-Batterien bestehen aus einer Aluminiumlegierungsplatte als Anode, einer Luftkathode, einem ungiftigen Elektrolyten wie Wasser und einem Silberkatalysator.

Herkömmliche Batterien für Elektrofahrzeuge verfügen über zwei Elektroden, eine Kathode und eine Anode, die aus unterschiedlichen Materialien bestehen und zwischen denen sich ein Elektrolyt befindet. Beim Betrieb der Batterie fließen Ionen von der Anode durch den Elektrolyten zur Kathode. Beim Laden fließen die Ionen in umgekehrter Richtung zurück zur Anode.

Al-Air-Batterien funktionieren ähnlich wie eine Brennstoffzelle. Es verwendet Aluminium an der Anode und Sauerstoff an der Kathode. Das Ergebnis ist eine deutlich höhere Energiedichte. Etwa das Acht- bis Neunfache der aktuellen Lithium-Ionen-Batterien, die in Elektrofahrzeugen verwendet werden, eine erhebliche Leistungssteigerung. Die Energiedichte misst, wie viel Energie eine Batterie pro Masseneinheit speichern kann. Die Leistungsdichte misst, wie viel Momentanenergie sie pro Masseneinheit liefern kann.

Die Anode gibt Elektronen ab, wenn Aluminium oxidiert, während die Kathode Sauerstoff reduziert, um Elektronen freizusetzen und so elektrische Energie zu erzeugen. Eine Last kann durch den elektrischen Strom angetrieben werden, der von Elektronen erzeugt wird, die sich durch einen externen Stromkreis bewegen. Das Endergebnis ist ein weißes Pulver, das sich auf der Anode bildet.

Aluminium ist die dritthäufigste natürliche Ressource in der Erdkruste und das am häufigsten vorkommende Metall auf der Erde, daher wird es uns wahrscheinlich nie ausgehen. Aufgrund seiner Weichheit ist Aluminium leicht zu bearbeiten und im Gegensatz zu Lithium stabil. Darüber hinaus ist es ungiftig. Weitere Vorteile von Al-Air-Batterien gegenüber Lithium-Ionen-Batterien sind:

Trotz seiner Vorteile weist dieser Akku auch einige Nachteile auf. Erstens hat es den Nachteil, dass es sich um eine Primärbatterie handelt. Grundsätzlich ist ein Aufladen nicht möglich, wenn der Akku entladen oder leer ist. Darüber hinaus korrodiert die Luft im Inneren der Batterie die Aluminiumanode. Daher muss die Aluminiumplatte in der Batterie ausgetauscht werden, was kostspielig sein kann. Darüber hinaus können die Batterieproduktionskosten durch den schwankenden Preis des in der Batterie enthaltenen Silbers beeinflusst werden.

Wissenschaftler haben aufgrund der Nachteile von Lithium-Ionen-Batterien, die den Markt für Elektrofahrzeuge dominieren, bessere Batterien entwickelt. Lithium, Nickel und Kobalt, die in Lithium-Ionen-Batterien verwendet werden, sind Seltenerdmetalle, die nur in bestimmten Teilen der Welt vorkommen. Derzeit machen Elektrofahrzeuge 6 % der Fahrzeuge auf der Straße aus, und der Abbau dieser Metalle ist in vollem Gange; Stellen Sie sich vor, die EV-Zahlen steigen auf 50 % oder 80 %. Weitere Nachteile von Lithium-Ionen-Batterien sind:

Es gibt einige Faktoren, die Sie berücksichtigen sollten, wenn Sie über einen Batteriewechsel oder ein Aufladen nachdenken. Um die gleiche Reichweite pro Ladung zu erreichen, wäre ein Akkupack von 1/8 der Größe eines Lithium-Ionen-Akkus erforderlich. Aufgrund des geringeren Gewichts von Al-Air-Batterien können Elektrofahrzeuge weiter fahren, was die Gesamteffizienz steigert.

Außerdem wird es einfacher und bequemer sein, die Batterie an einer leicht zugänglichen Stelle im Elektrofahrzeug unterzubringen, sodass sie bei Bedarf problemlos ausgetauscht werden kann. Einige Unternehmen haben geschätzt, dass die Austauschzeit der Aluminium-Luft-Batterie für Elektrofahrzeuge nur drei Minuten beträgt, was den Besitzern von Elektrofahrzeugen schnell wieder auf die Straße bringt.

Schätzungen zufolge halten Al-Air-Batterien etwa 5.400 Meilen. Die Frage ist: Warum sollte jemand diesen Weg gehen, anstatt aufzuladen? Mit einem Elektroauto mit Al-Air-Antrieb können Sie viel weiter fahren, ohne eine Ladestation finden zu müssen. Ein weiterer Grund ist, dass der Austausch Ihrer leeren Al-Air-Batterie gegen eine recycelte Batterie viel günstiger ist als der Austausch einer Tesla-Batterie. Da das einzige austauschbare Teil die Aluminiumplatten sind, die zu 100 % recycelt werden können, zahlen Sie für die gefahrenen Kilometer.

Der Einsatz von Al-Air-Batterien ist in heutigen Elektrofahrzeugen möglich. Diese Batterien werden wahrscheinlich immer beliebter, da Batteriewechselstationen immer beliebter werden. Bis dahin könnten sie auch dazu verwendet werden, die Reichweite von Elektrofahrzeugen mit Lithium-Ionen-Batterie zu erhöhen und so das Problem zu lösen, dass man aufladen muss, wenn man dazu nicht in der Lage ist.

Irgendwann werden Käufer von Elektrofahrzeugen die Möglichkeit haben, die Batterien auszutauschen oder ihre Fahrzeuge aufzuladen, wodurch letztendlich ein vielseitigerer Markt für Elektrofahrzeuge zum Nutzen aller entsteht. Dadurch wird sich der Übergang zu einer Welt, die vollständig auf Elektrofahrzeugen basiert, weiter beschleunigen.

Charles ist ein Auto- und Motorrad-Enthusiast und pensionierter Robotik-Ingenieur, der in der US-Marine diente. Im Ruhestand verbringt er die meiste Zeit mit Schreiben und Motorradfahren.