Warum lassen Lithium-Ionen-Akkus mit der Zeit nach? Ein internationales Forscherteam will es endlich herausgefunden haben. Diese Erkenntnis könnte vielleicht den Weg zu langlebigeren Akkus ebnen – auch für E-Bikes oder E-Autos.
Lithium-Ionen-Akkus: Warum sie altern
Es ist ein altbekanntes Problem: Die Leistung von Akkus lässt mit der Zeit nach. Die Reichweite von E-Bikes und E-Autos schrumpft und auch das Smartphone muss häufiger an die Ladestation. Jetzt soll endlich feststehen, warum das so ist – das könnte ein erster Schritt hin zu deutlich langlebigeren Akkus sein.
Forscher der University of Colorado Boulder haben unter der Leitung von Michael Toney und mit Hilfe einer der stärksten Röntgenlichtquellen der Welt eine überraschende Entdeckung gemacht: Sie fanden heraus, dass Wasserstoffmoleküle aus dem Elektrolyt der Batterie sich lösen und an der Kathode anreichern, wo sie die Plätze der Lithium-Ionen besetzen, die eigentlich für den Stromfluss zuständig sind.
Das Problem dabei: Je mehr Ladezyklen ein Akku durchläuft, desto mehr Wasserstoff sammelt sich an der Kathode an. Und genau das führt zu einem kontinuierlichen Leistungsverlust. Das wiederum sorgt dafür dass sich Smartphones, E-Autos und E-Bikes mit der Zeit schneller entladen und ihre Nutzer öfter auf eine Stromquelle angewiesen sind.
Kommen jetzt langlebigere Akkus?
Nachdem das Problem nun klar identifiziert ist, kann auch gezielt nach Lösungen gesucht werden. Die Forscher schlagen vor, die Kathode mit einer besonderen Beschichtung zu versehen, die Wasserstoff abweist, Lithium-Ionen aber passieren lässt. Eine andere Möglichkeit wäre, einen alternativen Elektrolyten zu verwenden, der gar keinen Wasserstoff freisetzt. Solche Lösungen könnten die Lebensdauer und den Wirkungsgrad von Batterien deutlich verbessern.
Die Forscher betonen auch die Bedeutung ihrer Entdeckung im Kontext der Suche nach Alternativen zum teuren und teilweise unter unmenschlichen Bedingungen abgebauten Kobalt, das derzeit in vielen Batterien verwendet wird. Die neue Entdeckung könnte den Weg für weniger problematische Materialien wie Nickel und Magnesium ebnen, die bisher als anfälliger für Kapazitätsverluste galten.
Forschung könnte E-Auto und E-Bike-Besitzer freuen
Die Forschungsergebnisse sind nicht nur für die Verbesserung von Smartphone- oder Laptop-Akkus relevant. Sie haben auch das Potenzial, die Kosten von E-Fahrzeugen über die Lebensdauer hinweg zu reduzieren. Akkus würden einfach länger halten, da sie deutlich weniger Kapazität pro Ladevorgang verlieren.
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