Nasa-Forschung

E-Autos in weniger als fünf Minuten laden – mit Weltraumtechnologie

Ein Elektroauto lädt an einer Ladestation in der Region Hannover.

Ein Elektroauto lädt an einer Ladestation in der Region Hannover.

Berlin. Wenn es ganz schnell gehen soll, sind den Fahrerinnen und Fahrern von E‑Autos beim „Tanken“ Grenzen gesetzt. Das Laden der Batterien dauert bei ganz aktuellen Modellen mindestens 20 Minuten. Oft auch deutlich länger. Das ist manchmal ärgerlich. Zum Vergleich: Benzin- oder Dieselfahrende benötigen fürs Volltanken inklusive An- und Abfahrt an der Zapfsäule im Durchschnitt sieben Minuten.

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Das könnte sich bald ändern. Die US-Raumfahrtagentur Nasa testet seit vergangenem Jahr eine Technologie, die das Laden von E‑Antrieben schneller und einfacher machen soll. Die Technologie verspricht Ladezeiten von weniger als fünf Minuten.

Die Nasa arbeitet beim „Flow Boiling and Condensation Experiment (Strömungssieden und Kondensation)“ mit Forschenden der US-amerikanischen Purdue University zusammen. Im Kern geht es darum, die Systeme während des Aufenthalts im All auf die richtige Temperatur zu bringen. Fürs schnellere Laden von E‑Autos ist es vor allem wichtig, die erzeugte Wärme besser abzuführen.

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Erhitzte Kabel

Die US-amerikanischen Forschenden setzen dabei auf eine effizientere Kühlung, das sogenannte unterkühlte Strömungssieden. Dabei nimmt eine Flüssigkeit im Kühlkörper Wärme auf, bis sie beginnt zu kochen. Durch den Wechsel des Aggregatzustands von flüssig zu gasförmig kann die Wärme aus dem System transportiert werden.

Die Forschenden glauben, damit das Laden von E‑Autos revolutionieren zu können.

Warum?

Die Erhitzung der Kabel ist bislang das größte Hindernis beim Laden von E‑Autos. Beim Schnellladen von Elektroautos kann heute wegen der Wärmeentwicklung maximal mit einer Stromstärke von 520 Ampere gearbeitet werden. Die meisten Ladegeräte erreichen eine Stromstärke von lediglich 150 Ampere oder weniger.

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Erhöhte Ladeleistung

Wenn nun aber in das Ladekabel ein nicht leitendes, flüssiges Kühlmittel gegeben wird, kann die beim Ladevorgang entstehende Wärme besser aufgenommen und abgeleitet werden. Die Ladeleistung, so die Forschenden, könne dann deutlich erhöht werden.

Ein Laden mit 2400 statt der heute maximal möglichen 520 Ampere soll damit erreicht werden können, heißt es. Dies wäre fast die 4,6-fache Menge des heute von Ladegeräten gelieferten Stroms. Unterm Strich wäre mit dieser Technologie die Ladedauer von Elektroautos auf weniger als fünf Minuten, für die man 1400 Ampere benötigte, verkürzbar.

Neben der Reichweite sind die Ladezeiten Hürden beim Verkauf von E‑Autos. Wird sich das nun rasch ändern?

Professor Maximilian Fichtner ist Geschäftsführender Direktor des Helmholtz-Instituts Ulm für Elektrochemische Energiespeicherung (HIU).

Professor Maximilian Fichtner ist Geschäftsführender Direktor des Helmholtz-Instituts Ulm für Elektrochemische Energiespeicherung (HIU).

Professor Maximilian Fichtner, Geschäftsführender Direktor des Ulmer Helmholtz Instituts (HIU) für Elektrochemische Energiespeicherung, tritt da ein wenig auf die Euphoriebremse. Neu sei das Verfahren, durch Phasenübergänge größere Wärmeübertragungsraten zu erzielen, nicht, sagt der Chemiker und Experte für Batterietechnik dem RedaktionsNetzwerk Deutschland (RND).

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Kühlung wie im Notebook

„Wir kühlen bereits unsere Computerchips in Notebooks mit solchen ‚heat pipes‘“, erklärt Fichtner. „Das sind aber sehr kleine Flächen im Vergleich zu einem Pack mit Dutzenden großen Batteriezellen.“

Der renommierte Forscher meint, prinzipiell erscheine das von der Nasa angewandte Verfahren attraktiv. Die Frage sei jedoch, inwieweit man es über die gesamte Batteriezelle anwenden kann. „Die Wärme muss ja auch innerhalb der Zelle durch die gesamten inneren Bestandteile transportiert werden. Und das wird durch eine äußere Kühlung nicht notwendigerweise besser“, so Fichtner.

Die Hersteller würden deshalb das Design der Batterie ändern, um die Wärme besser zum Wämeübertragungsmedium transportieren zu können. „Offen ist meines Erachtens, wie groß der Vorteil durch eine ‚heat pipe‘ tatsächlich sein kann. Hier würde ich erst mal eine Untersuchung abwarten und mir die Daten anschauen.“

Eine Prognose wagt Fichtner als einer der renommiertesten Köpfe in der europäischen Batterieforschung dennoch: „Ich vermute, dass sich das Verfahren durch die erwartbar hohen Kosten eher in Nischenanwendungen durchsetzen wird, nicht in Elektroautos.“

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