Chinesische Wissenschaftler der Fudan-Universität in Shanghai haben eine Technik entwickelt, um die Lebensdauer von Lithium-Ionen-Batterien erheblich zu verlängern. Ein spezieller chemischer Prozess ermöglicht es, frisches Lithium direkt in eine gebrauchte Batterie einzubringen, wodurch deren Kapazität wiederhergestellt wird. Dies könnte Batterien langlebiger machen, die Umwelt schonen und teure Ersatzakkus überflüssig machen.
Kapazitätsverlust bei Lithium-Ionen-Batterien
Mit der Zeit verlieren Lithium-Ionen-Batterien an Leistung, da sich Lithium in inaktive Strukturen verlagert und Elektroden Schaden nehmen. Bisher bedeutete das, dass Batterien nach einer gewissen kalendarischen Alterung ersetzt werden mussten – allerdings erst nach vielen Jahren im Einsatz.
Im normalen Einsatz können Elektroautos mehrere 100.000 Kilometer ohne spürbaren Leistungsverlust fahren. Statistisch halten die Akkus sogar länger als die meisten Benziner oder Diesel-Motoren. Dennoch ist die Degradation ein bisher ungelöstes Problem für Lithium-Ion-Akkus.
Regeneration mit frischem Lithium
Die Forscher entwickelten eine chemische Molekül-Verbindung namens Trifluormethansulfonat-Lithium LiSO₂CF₃. Durch die Substanz soll frisches Lithium in bereits genutzte Batterien zurückkehren. Diese Substanz setzt unter Spannung Lithium-Ionen frei, während ihre Nebenprodukte als Gase entweichen. Das Verfahren könnte sowohl für neue als auch für gebrauchte Batterien genutzt werden – vorausgesetzt, sie sind entsprechend konstruiert. Dann wären die Akkus fit für tausende neue Ladezyklen und könnten ihre Lebensdauer um den Faktor zehn verlängern.
Besonders gute Ergebnisse erzielte die Methode bei Lithium-Eisenphosphat-Batterien (LFP), die bisher häufig in günstigeren chinesischen Elektrofahrzeugen und heimischen Energiespeichern zum Einsatz kommen. Eine Testbatterie mit 15 Prozent Kapazitätsverlust konnte mit der Doping-Spritze fast vollständig regeneriert werden. Ein weiterer Test mit einer Batterie, die bereits über 12.000 Ladezyklen hinter sich hatte, zeigte eine Wiederherstellung von 96 % der ursprünglichen Kapazität.
Wann ist das Akku-Doping serienreif?
Auch wenn die Ergebnisse der verschiedenen Tests vielversprechend sind, stehen der Serienreife einige Umstände im Weg. Zunächst müsste der Aufbau der Batterien einheitlich angepasst werden. Denn bei der Prozedur müssen Gase als chemische Nebenprodukte entweichen können. Bisher sind Batteriekästen meist dicht versiegelt. Um wirtschaftlich zu funktionieren, muss das Verfahren auch bei Lithium-Ionen-Batterien aus Smartphones und Laptops funktionieren. Gelingt die Weiterentwicklung, könnte das die Batterietechnologie nachhaltig verändern. Akkus müssten dann in Zukunft nicht mehr ersetzt werden, sondern könnten einfach durch frisches Lithium immer wieder zurück ins Leben geholt werden.
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