Forscher lösen Alterungs-Problem von Li-Ion-Batterien

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.

Japanische Forscher sind dem Alterungsprozess von Lithium-Ionen-Batterien auf die Schliche gekommen. Mithilfe der Magnet-Resonanz-Tomografie (MRT) konnten sie erstmals die Mangan-Auslösung aus der Kathode beobachten. Mit neuen Elektrolyten wird jetzt der Degradation entgegengewirkt.

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