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Batteriealterung erklärt

Fraunhofer-Institut findet Erklärung für nachlassende Batterie-Leistungsfähigkeit

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Für das Abscheiden von Lithium an der Kathode und den damit verbundenen Leistungsknick sind insbesondere zwei Faktoren entscheidend: Zu schnelles Laden führt zur Abscheidung von Lithium-Metall, sodass für weitere Ladezyklen immer weniger davon zur Verfügung steht. Außerdem konnten die Wissenschaftler des Fraunhofer ISC mittels Computertomografie feststellen, dass die anfänglich betroffenen Bereiche durch einen Ableiter – eine elektrische Verbindung zu den anderen Zellen – stärker komprimiert wurden als der Rest der Batterie.

Daraus schlossen sie, dass der mechanische Druck eine lokale Überladung erzeugt, die zu massivem Lithium-Verlust führt und diesen Bereich zerstört. Somit verstärkt oder verzögert ein entsprechendes Zelldesign den Alterungsprozess. Solche mechanisch nicht ausgereiften Batterien sind für eine mögliche Zweitverwendung – beispielsweise als stationäre Energiespeicher – ungeeignet.

Ladevorgang muss genau gesteuert werden

Um das Lithium-Plating zu verhindern, können beispielsweise Batteriezellen gebaut werden, deren Ableiter so angebracht wird, dass lokale Verspannungen bzw. Druckspitzen vermieden werden können. Da auch zu hohe Laderaten, zu tiefe Entladung und zu niedrige Temperaturen den Alterungsvorgang beschleunigen, sollte darüber hinaus der Ladevorgang genau gesteuert werden.

Neben der Durchführung von Analysen und Tests zu bestimmten Batterietypen forscht das ZfAE an neuen Materialien und Zellkomponenten für leistungsfähigere und langlebigere Batterien. Dazu gehören funktionelle Schutzbeschichtungen für moderne Elektrodenmaterialien und Materialien für zukünftige Festkörperbatterien aus organisch-anorganischen Hybridpolymeren bis hin zu reinen Glaskeramiken, die eine hohe chemische Stabilität und damit eine längere Haltbarkeit gewährleisten.

Dieser Artikel ist bei unseren Kollegen vom kfz-betrieb erschienen.

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