Erstmals konnten Forscher direkt die Alterung von Lithium-Batterien beobachten. Und es gibt auch schon eine Lösung für das Degradations-Problem.
Die großen und schweren Traktionsbatterien von Elektroautos gelten als extrem langlebig. Dennoch unterliegen sie einem Alterungsprozess (Degradation), der sie im Laufe der Jahre an Leistungsfähigkeit verlieren lässt. Autohersteller geben in der Regel mindestens eine Garantie über acht Jahre, dass die Batterie nicht mehr als 20 Prozent ihrer Kapazität einbüßt. Was genau hinter der Degradation steckt, konnten Wissenschaftler bisher noch nicht richtig erklären.
Beobachtung im MRT
Bisher wusste man lediglich, dass sich Metallionen – insbesondere Mangan – in extrem geringen Mengen aus der Kathode lösen und sich unter den Elektrolyten mischen. Das veränderte sowohl die Zusammensetzung im Elektrolyten als auch in der Kathode. Beobachten konnte man diesen Vorgang allerdings nicht – bis jetzt. Denn ein Forscherteam der Tohoku-Universität in Japan hat dafür eine spezielle Magnet-Resonanz-Tomografie (MRT) entwickelt. Auf diese Weise konnten sie das erste Mal sehen, wie sich Metallionen aus der Kathode einer Lithium-Ionen-Batterie lösen.
Weil Mangan-Ionen magnetisch sind, können sie im MRT deutlich gemacht werden. So konnten die Forscher in Zeitraffer eine realistische Echtzeitanalyse der Akku-Degradation erzeugen. Im Fokus der Auswertung standen nun verschiedene Elektrolyten, die die Mangan-Extraktion unterbinden oder zumindest verlangsamen können.
Uni Münster mit an Bord
Experimentiert wurde mit unterschiedlichen Elektrolyten, Salzen und Kathodenmaterialien. Mit den daraus gewonnenen Erkenntnissen ließen sich also auf einfache Weise die Lebensdauer und Leistungsfähigkeit von Lithium-Ionen-Batterien verbessern. Getestet wurde auch das von Forschern des Batterieforschungszentrums Münster (MEET) entwickelte LiTFSI MCP. Dieser spezielle Elektrolyt konnte die Mangan-Auslösung und damit den Leistungsverlust der Batterie nahezu komplett unterbinden.
Jetzt hoffen die Forscher, dass ihre Elektrolyt-Ergebnisse auch Einfluss auf die Batterie-Industrie haben. In Zukunft könnten auf diese Weise Energiespeicher, Elektroautos oder andere Geräte verbessert werden. © auto motor und sport
