China findet Lösung zur Überwindung der Schwäche von Lithiumbatterien

Drohne im Test. Foto: Dalian Institute of Chemical Physics

Laut Science Direct hat die rasante Globalisierung den Energiebedarf deutlich erhöht und damit die Suche nach neuen Energiequellen vorangetrieben. Lithiumbatterien sind heute die bevorzugten Energiespeicher und finden in vielen Branchen Anwendung, von Drohnen bis hin zu Elektrofahrzeugen.

Trotz ihres großen Potenzials weisen Lithiumbatterien bei niedrigen Temperaturen eine gravierende Schwäche auf. Im Betrieb bei niedrigen Temperaturen verringern sich Leistungskennzahlen wie Kapazität, Ausgangsleistung und Zyklenlebensdauer deutlich.

Studien zeigen, dass sich die Batteriekapazität in Umgebungen mit Temperaturen unter -40 Grad Celsius um 12 % verringern kann. Bemerkenswert ist, dass in 38 % des chinesischen Territoriums im Laufe des Jahres Temperaturen unter -20 Grad Celsius auftreten können, was Lithiumbatterien vor große Herausforderungen stellt.

Am 16. März berichtete die Science and Technology Daily, dass ein Forscherteam des Dalian Institute of Chemical Physics unter der Leitung von Chen Zhongwei Lithiumbatterien in Drohnen testete, die bei extrem niedrigen Temperaturen in Mohe City, Provinz Heilongjiang, Nordostchina, flogen.

Die getestete Drohne funktionierte auch bei extrem niedrigen Temperaturen zuverlässig und eröffnet damit neue Möglichkeiten für extreme Luftoperationen. Durch die Aufrechterhaltung einer stabilen Leistung bei -36 Grad Celsius gewährleistet der Akku eine unterbrechungsfreie Stromversorgung und ist somit eine vielversprechende Lösung für kritische Anwendungen wie Polarforschung, Grenzschutz, Katastrophenhilfe und Logistik.

Während des Testflugs blieb die Drohne trotz der Kälte stabil und erfüllte die Erwartungen an die Flugdauer. Sie absolvierte erfolgreich eine Reihe von Tests, darunter einen schnellen Start, das Schweben in großer Höhe und die Navigation auf komplexen Routen. Darüber hinaus behielt der Akku seine Kapazität konstant bei, ohne dass es selbst unter den extremen Kältebedingungen zu Leistungseinbrüchen oder unerwarteten Leistungsverlusten kam.

Um die Leistungsverschlechterung von Lithiumbatterien bei extremer Kälte zu überwinden, optimierte das Forschungsteam des Dalianer Instituts für Chemische Physik die Elektrolytzusammensetzung und modifizierte das Anodenmaterial, wodurch der Betriebstemperaturbereich der Batterie deutlich erweitert wurde. Die neue Batterie liefert nun kontinuierlich Strom in einem Temperaturbereich von -40 °C bis 50 °C.

Darüber hinaus verbesserten die Forscher die Reichweite des Akkus bei Kälte durch adaptives Wärmemanagement und ein Design mit niedriger Temperaturimpedanz. Dadurch lag der Kapazitätsverlust des Akkus bei -40 °C unter 10 % und damit deutlich unter dem aktuellen Durchschnitt von 30–50 %. Dies bedeutet, dass der neue Akku Drohnen dabei helfen könnte, Missionen in kalten, hochgelegenen Gebieten ohne häufiges Aufladen durchzuführen.

Herr Chen Zhongwei fügte hinzu, dass das Forschungsteam weiterhin die Batterieleistung verbessern und den Einsatz dieses Geräts in rauen Umgebungen ausweiten werde.