Forscher der Texas A&M University in den USA haben ein neuartiges Batteriedesign entwickelt, das auch unter extrem kalten Bedingungen bis zu minus 40 Grad Celsius normal funktioniert. Die von Dr. Jodie Lutkenhaus, Professorin für Chemieingenieurwesen am College of Engineering, geleitete Studie wurde mit den Ergebnissen zu Polymerbatterien im Journal of Materials Chemistry A veröffentlicht.
Lutkenhaus erklärte, dass herkömmliche Batterien bei kaltem Wetter an Leistung verlieren, weil der interne flüssige Elektrolyt bei niedrigen Temperaturen gefriert und so den Ladungstransport verhindert. Sie wies darauf hin: „Wir haben dieses Problem während der Kältewelle in Chicago 2024 gesehen, als die Elektroauto-Batterien so kalt und sogar eingefroren waren, dass sie an Ladestationen nicht aufgeladen werden konnten.“
Die von dem Forschungsteam entwickelte organische Doppelionenbatterie verwendet redoxaktive Polymere anstelle herkömmlicher anorganischer Elektrodenmaterialien und wird mit einem auf Diethylenglycoldimethylether basierenden Niedertemperatur-Elektrolyten kombiniert. Dieser Elektrolyt bleibt auch bei Temperaturen flüssig und leitfähig, bei denen herkömmliche Elektrolyte zu kristallisieren beginnen. Tests zeigten, dass die Batterie bei 0 °C 85 % und bei -40 °C 55 % ihrer Kapazität beibehielt. Lutkenhaus erläuterte: „Harte anorganische Materialien reagieren bei niedrigen Temperaturen typischerweise träge, aber weiche Polymermaterialien können Ionen leichter bewegen.“
Die Forscher lösten auch das Problem der mechanischen Haltbarkeit, indem sie herkömmliche metallische Stromsammler durch Kohlenstofffasergewebe ersetzten. Das Kohlenstofffasergewebe verstärkt nicht nur die Batterie, sondern leitet auch effektiv Ladung, wodurch eine „Strukturbatterie“ entsteht, die gleichzeitig Energie speichern und mechanische Festigkeit bieten kann. Lutkenhaus sagte: „Mechanische Belastung kann Batterien im Laufe der Zeit beschädigen. Indem wir Batterien herstellen, die in die Struktur integriert sind, können wir gleichzeitig Gewicht reduzieren und die Haltbarkeit erhöhen.“
Lutkenhaus ist der Ansicht, dass zuverlässige Niedertemperaturleistung vielfältige Auswirkungen haben könnte, von persönlicher Elektronik bis hin zu kritischer Infrastruktur. „Bei schweren Schneestürmen oder Kältewellen kann das Stromnetz ausfallen. Batterien könnten diese Stromausfälle und -lücken überbrücken. Wenn wir ein ganzjährig funktionierendes Energiesystem wollen, brauchen wir Energiespeicher, die nicht von Temperaturschwankungen beeinflusst werden.“ Sie empfiehlt außerdem, dass Fahrzeughalter ihre Elektroautos oder netzunabhängigen Batterien derzeit an wärmere Orte wie Garagen stellen sollten, um sie vor extremem Wetter zu schützen.
Veröffentlichungsdetails: Autoren: Wang Chen et al., Titel: Organische Doppelionenbatterien mit Niedertemperaturbetrieb und struktureller Verstärkung, veröffentlicht in: Journal of Materials Chemistry A (2025). Zeitschrifteninfo: Journal of Materials Chemistry A
