Neuer Ansatz zur Verlängerung der Lebensdauer von Lithium-Ionen-Akkus

Ein Forscherteam aus den USA hat einen innovativen Ansatz zur Verlängerung der Lebensdauer von Lithium-Ionen-Batterien vorgestellt. Diese Batterien sind in zahlreichen Geräten wie Smartphones, Laptops und Elektroautos weit verbreitet. Der neue Ansatz könnte eine Lösung für das Problem der schleichenden Alterung der Zellen bieten, das die Leistung und Lebensdauer dieser Akkus beeinträchtigt.

Die Forschungsergebnisse stammen von der University of Maryland und wurden im US-Technikmagazin TechSpot veröffentlicht. Die Wissenschaftler konzentrierten sich auf die Alterungsmechanismen der Batterien, die durch die Zersetzung des flüssigen Elektrolyten verursacht werden. Diese Zersetzung führt dazu, dass sich Abbauprodukte als dünne Schichten auf den Elektroden ablagern, was die Effizienz der Batterien verringert.

Eine Lithium-Ionen-Batterie besteht aus zwei Elektroden: einer negativen Anode und einer positiven Kathode. Der Elektrolyt zwischen diesen Elektroden ermöglicht den Transport von Lithium-Ionen während des Lade- und Entladevorgangs. Während an der Anode eine stabile Schutzschicht entsteht, die den Verschleiß verringert, ist dies an der Kathode nicht der Fall. Dort zersetzt sich der Elektrolyt unter oxidierenden Bedingungen unkontrolliert.

Das Team um den Materialwissenschaftler Chunsheng Wang hat den Elektrolyten modifiziert, um die Zersetzung gezielt zu steuern. Inspiriert von Reaktionen aus der organischen Chemie haben die Forscher die Eigenschaften des Elektrolyten so angepasst, dass die Elektronenübertragungen kontrollierter ablaufen. Dies führt dazu, dass sich auf der Kathode eine gleichmäßige und stabile Schutzschicht bildet, die den Abbau verlangsamt.

Ein entscheidender Vorteil des neuen Verfahrens ist, dass keine exotischen Materialien benötigt werden. Die Chemikalien und Verfahren, die zur Modifikation des Elektrolyten eingesetzt werden, sind bereits in der Batterieindustrie bekannt. Dies könnte die Implementierung des Verfahrens in bestehenden Produktionsprozessen erleichtern.

Die Flexibilität des Verfahrens ermöglicht es, die Zusammensetzung der Schutzschicht auf der Kathode zu variieren. Eine dickere Schicht könnte die Stabilität erhöhen und die Lebensdauer des Akkus verlängern, während dünnere Schichten höhere Leistungs- und Energiedichten ermöglichen, jedoch mit schnellerem Verschleiß einhergehen. Dies eröffnet neue Möglichkeiten zur Anpassung von Batterien an spezifische Einsatzzwecke, wie etwa maximale Haltbarkeit für stationäre Stromspeicher oder hohe Leistung für Elektrofahrzeuge.

Die Auswirkungen dieses neuen Ansatzes auf die Lebensdauer von Lithium-Ionen-Akkus sind noch nicht vollständig erforscht. Die Technik befindet sich derzeit in einer frühen Testphase, und es fehlen belastbare Langzeitdaten, um die tatsächlichen Vorteile zu quantifizieren. Fachleute sind jedoch optimistisch, dass dieser Fortschritt signifikante Verbesserungen in der Akkutechnologie mit sich bringen könnte.

Die Forscher haben betont, dass die Modifikation des Elektrolyten nicht nur die Lebensdauer der Batterien verlängern könnte, sondern auch deren Leistung optimieren kann. Dies könnte insbesondere für die wachsende Nachfrage nach leistungsstarken und langlebigen Akkus in der Elektrofahrzeugindustrie von Bedeutung sein. Die Entwicklung könnte auch Auswirkungen auf die Nutzung von stationären Stromspeichern haben, die zunehmend für die Integration erneuerbarer Energien in das Stromnetz benötigt werden.

Die Forschungsergebnisse wurden in einer aktuellen Veröffentlichung der University of Maryland dokumentiert. Die Wissenschaftler planen, ihre Tests fortzusetzen, um die Langzeitstabilität und die genauen Vorteile des neuen Elektrolyten zu untersuchen. Ein konkretes Ziel ist es, bis Ende 2026 umfassende Daten zur Lebensdauerverlängerung von Lithium-Ionen-Batterien zu präsentieren.