NUS-Labor für schnellen Aufbau

SINGAPUR – Eine Einrichtung an der National University of Singapore (NUS) entwickelt Batterien, die es ermöglichen sollen, ein Elektrofahrzeug (EV) in der Zeit vollständig aufzuladen, die es braucht, um an einer Tankstelle Benzin zu tanken.

Diese aus dem Metall Niob hergestellten Batterien sollen ein ganzes Jahrzehnt länger halten als die, die heute Elektrofahrzeuge antreiben, und möglicherweise sogar länger als das Fahrzeug selbst.

Die Schnellladebatterien gehören zu den Schlüsselprojekten einer neuen NUS-Anlage für Batterieinnovationen im Wert von 5 Millionen US-Dollar – unterstützt von der National Research Foundation –, die am 22. Mai offiziell eröffnet wurde.

Es markiert den Einstieg von NUS in den Wettlauf um die Entwicklung der nächsten Generation von Batterien, da Lithium-Ionen-Batterien angesichts des Booms im Bereich der elektrischen Energie derzeit Mangelware sind.

Das Labor wurde in Zusammenarbeit mit dem brasilianischen Unternehmen CBMM, dem weltweit führenden Nioblieferanten, ins Leben gerufen, um Schnellladebatterien mit einer Lebensdauer von 30 Jahren zu entwickeln.

„Die Anlage ermöglicht es Entwicklern, alle Teile ihres Batterieprototyps an einem Standort zu bauen und zu testen, anstatt dass sie sich für die Entwicklung jedes einzelnen Batterieteils an mehrere Hersteller wenden müssen“, sagte Professor Antonio H. Castro Neto, Direktor des Center for Advanced 2D Materials (CA2DM) der NUS ).

Das Zentrum beherbergt die neue Einrichtung – das CBMM-CA2DM Advanced Battery Laboratory.

Hersteller können eine Vielzahl von Werkzeugen zum Testen von Batterien nutzen, etwa einen Ofen zum Züchten neuer Materialien und Röntgenscanner, um die Eigenschaften der verwendeten Elemente zu untersuchen.

Das Labor verfügt außerdem über einen Trockenraum – in dem die Luftfeuchtigkeit bei 1 Prozent gehalten wird – und eine sauerstofffreie Kammer für Batterietests sowie einen feuerfesten Raum, in dem die Haltbarkeit von Prototypen sicher getestet werden kann.

„Das Projekt ist im Grunde eine Pilotlinie für die Batterieproduktion“, sagte Prof. Castro Neto.

„Es handelt sich nicht um eine großvolumige Anlage wie eine Gigafabrik; die Idee besteht darin, genügend Batterien zu produzieren, damit Dritthersteller sie testen, einen ersten Blick darauf werfen und sie für den Marktgebrauch genehmigen können.“

Die Anlage steht zugelassenen Batterieherstellern und Unternehmen offen, die Batterien der nächsten Generation entwickeln möchten, sagte Prof. Castro Neto.

Er fügte hinzu, dass jedes Projekt von einer Gruppe von Wissenschaftlern überprüft wird, die davon überzeugt werden müssen, dass das Projekt wirklich innovativ ist und nicht eine schrittweise Verbesserung der bereits verfügbaren Batterien darstellt.

Das Zentrum setzt zunächst auf Niob-Graphen-Batterien, die die widerstandsfähige Molekularstruktur von Niob mit der elektrischen Leitfähigkeit von Graphen kombinieren, sagte Rogerio Ribas, globaler Leiter für Batterien bei CBMM.

In den letzten vier Jahren habe CBMM Niob verkauft, um die Haltbarkeit von Batterien zu verbessern, die in Elektronikgeräten wie Elektrorollern und Elektrowerkzeugen verwendet werden, sagte Herr Ribas.

Das Unternehmen möchte die Technologie nun komfortabler und langlebiger machen und will 2024 einen Prototyp einer Niob-Graphen-Batterie produzieren.

Die Struktur von Niob ist widerstandsfähiger gegen Belastungen während des Ladevorgangs, was die Lebensdauer der Batterie verlängert und eine Überhitzung verhindert, sagte Herr Ribas.

Sobald Niob-Batterien fertig sind, können sie mindestens 10.000 Mal aufgeladen werden und behalten dabei etwa 80 Prozent ihrer Anfangskapazität, sagte er. Diese Prognose ist bis zu fünfmal höher als das, wozu Standardbatterien für Elektrofahrzeuge heute in der Lage sind.

„Wenn Sie eine Batterie haben, die länger hält, müssen Sie sie nicht ersetzen und neue Materialien auf den Markt bringen“, sagte Herr Ribas.

Ziel des Unternehmens ist es, Autobatterien zu entwickeln, die in 10 Minuten vollständig aufgeladen werden können – etwa dreimal schneller als die neuesten Schnellladezellen, die heute in Elektrofahrzeugen zu finden sind – und gleichzeitig die Batterien langlebig und sicher in der Anwendung zu halten.

Herr Ribas fügte hinzu, dass es noch abzuwarten sei, wie lange jede Ladung einer Niob-Batterie halten werde, aber die Schnellladefähigkeit werde bedeuten, dass kleinere Batteriepakete mehr Fahrzeuge versorgen könnten.

Diese Batterien gehören zu mehreren Zellen der nächsten Generation, die eine nachhaltigere Alternative zur Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien bieten sollen, deren Entsorgung giftigen Abfall erzeugt.

Wissenschaftler der Nanyang Technological University (NTU) rösten Altpapier zu Kohlenstoffblöcken für Batterieteile. Ein weiteres NTU-Projekt leistet Pionierarbeit bei der Verwendung von Fruchtschalen zur Zersetzung verbrauchter Batterien.

NUS ist außerdem dabei, eine Festkörperbatterie ohne brennbare Flüssigkeiten zu entwickeln.

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