Schnelles Laden senkt Akku-Kapazität vorzeitig

Wissenschaftler der Universität Oslo bestätigt: Aus wertvollen Ionen werden nutzlose Atome

Schnellladen senkt Akku-Kapazität vorzeitig (Foto: Menno de Jong, pixabay.com)

Oslo (pte020/08.10.2021/11:30)

Batterien von Elektroautos lassen sich immer schneller laden. Nach ein paar Minuten ist wieder genügend Energie da für die nächsten 50 oder 100 Kilometer. Aber tut das dem Stromspeicher gut? David Wragg vom Zentrum für Materialwissenschaften und Nanotechnologie an der Universität Oslo https://www.uio.no/english/ sagt nein. Je öfter eine Lithium-Ionen-Batterie schnell aufgeladen wird, desto schneller verliert sie an Kapazität, das heißt, die Reichweite mit vollen Akkus sinkt, möglicherweise sogar dramatisch. Das liegt daran, dass sich Lithium-Ionen bei ihrer Wanderung zwischen Anode und Kathode teilweise in Lithium-Metall verwandeln, das nicht mehr zur Speicherfähigkeit der Batterie beiträgt. Je schneller geladen wird, desto schneller werden die Ionen durch den Speicher gehetzt, was die Rückführung zu metallischem Lithium begünstigt.

[b]Engpässe bei der Ionen-Einlagerung[/b]

„Wenn man mit doppelter Geschwindigkeit lädt, muss man die gleiche Menge an Ionen und Elektronen in der Hälfte der Zeit bewegen", sagt Wragg. „Wenn man vier- oder sechsmal so schnell lädt, sind die negativen Folgen natürlich noch größer." Die Anoden, die beim Laden Ionen aufnehmen, bestehen aus Graphit, das aus dünnen Kohlenstoffschichten besteht. Die Anode besteht aus mehreren Millionen solcher Schichten. Bei Laden der Batterie werden die Lithium-Ionen in das Graphit gedrückt. Wenn der Ladestrom hoch ist, die Ionen also schneller als üblich einen Platz finden müssen, gebe es Engpässe, sagt Wragg.

[b]Beweisführung mit hochfrequentem Röntgen[/b]

„Wenn die Ionen, die sich bereits zwischen den Schichten befinden, nicht tiefer in den Stapel eindringen können, gibt es keinen Platz für neue Ionen", so Wragg. Sie kumulierten an der Oberfläche. Genau dort würden die geladenen Ionen zu neutralen Atomen und bildeten winzige Metallklumpen.

Diese Umwandlung war bereits seit einiger Zeit vermutet worden, bewiesen war der Vorgang nicht. Mit einem Röntgenscanner machte Wragg mit seinem Team den Vorgang jetzt sichtbar. Die Forscher durchleuchteten eine Batterie während des Ladevorgangs alle 25 Millisekunden. Auf den Bildern konnten sie den Aufbau der Metallionen beobachten, der umso schneller voranschritt, je größer der Ladestrom war.

[b]Abhilfe mit Nanoröhrchen oder Graphen?[/b]

Wragg glaubt nicht, dass mit seiner Entdeckung das Ende des Schnellladens gekommen ist. „Wir müssen bessere Anoden bauen", sagt er. Möglicherweise funktioniere es besser mit Graphen oder Kohlenstoff-Nanoröhrchen, also aufgewickeltem Graphen.

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