Eine längere Lebensdauer für Akkus gilt als unverzichtbar in vielen Bereichen des modernen Lebens. Sowohl die Energiespeicherung der erneuerbaren Energien als auch E-Autos sind darauf angewiesen, über eine lange Lebensdauer große Mengen Strom speichern zu können. Leider kämpfen Lithium-Ionen-Akkus wie viele Batterien mit der sogenannten Batterieermüdung. Schon nach einer Weile im Einsatz lässt die zur Verfügung stehende Leistung nach. Bei E-Autos bedeutet das, die verfügbare Reichweite lässt nach. In Großspeichern kann weniger Strom zwischengelagert werden, obwohl jede Kilowattstunde (kWh) dabei für die Gesamtbilanz unseres Netzes zählt. Einem Team aus US-amerikanischen Forschern sowie einer internationalen Forschergruppe gelangen nun gleich zwei entscheidende Durchbrüche für Batteriespeicher.
Neue Lademethode liefert 50 Prozent längere Lebenszeit
Ein Team von US-Forschern an der Stanford University in Kalifornien entdeckte eine Möglichkeit, den Ladeprozess von Lithium-Ionen-Akkus zu verbessern. Dadurch soll es möglich sein, die gesamte Lebensdauer der Batterie, um bis zu 50 Prozent zu steigern. Die Forscher entdeckten, dass es die Anzahl der möglichen Ladegänge pro Batterie deutlich steigert, wenn die Batterien im Zuge des Fertigungsprozesses mit hohen Spannungen geladen werden. Bisher findet dieser letzte Prozessschritt, der in der Branche Formierung genannt wird, unter der Verwendung von niedrigen Spannungen statt.
Der Vorteil in diesem Lösungsansatz besteht im Gegensatz zur zweiten Entdeckung eines anderen Forscherteams darin, dass die Zusammensetzung von Lithium-Akkus nicht geändert werden muss. Lediglich Anpassungen im letzten Produktionsschritt der Batteriefertigung sind vonnöten. Der Ansatz des internationalen Forscherteams könnte dafür jedoch größere Verbesserungen über die gesamte Verwendungsdauer der Batteriespeicher mit sich bringen. Die idealen Spannungen identifizierte die Wissenschaftler mithilfe von Machine Learning. Spannung und Temperatur wurden dabei als wichtigste Faktoren für die Akku-Performance identifiziert. Experimente an insgesamt 186 Batterien bestätigten die neue Theorie. Bei Lithium-Ionen-Akkus, die bisher etwa 1.500 Ladezyklen verkraftet hätten, könnten nun 2.250 Ladezyklen möglich sein. Dadurch würde auch die zu erwartende Lebensdauer der Geräte steigen, in die jene Akkus verbaut werden.
Internationales Forscherteam findet Schuldigen an Batterieermüdung
Ein internationales Forscherteam unter der Leitung von Michael Toney, Professor an der University of Colorado Boulder, widmete sich der Suche nach den Ursachen für die Batterieermüdung. Sie ist dafür verantwortlich, dass ein Akku bereits nach einiger Nutzungsdauer signifikant an Speicherkapazitäten einbüßt. Mithilfe des Advanced Photon Source des Argonne National Laboratory in Illinois, der weltweit stärksten Röntgenlichtquelle, gelang es ihnen den Schuldigen zu identifizieren. Laut Aussagen des Forscherteams ist Wasserstoff für den Effekt verantwortlich. Im Laufe der Zeit lösen sich Wasserstoffmoleküle aus dem Elektrolyt der Batterie und wandern zur positiv geladenen Elektrode, der sogenannten Kathode. Dadurch werden sie zur Barriere an genau jenen Stellen, die eigentlich für Lithium-Ionen vorgesehen sind.
Diese Teilchen sind es, die die eigentliche Speicherkapazität der Batterien und den Stromfluss ermöglichen. Je mehr der Kathoden im Laufe der Zeit durch den Wasserstoff blockiert werden, desto weniger Speicherkapazität steht zur Verfügung. Je häufiger eine Batterie dabei be- und entladen wird, desto schneller sammelt sich laut Forschern der Wasserstoff daran. Handyakkus müssen häufiger an die Steckdose, E-Autos können nicht mehr mit der ursprünglichen Reichweite aufwarten. Da man die Ursache des Problems nun jedoch identifiziert hat, arbeitet das Forscherteam bereits an möglichen Lösungsansätzen.
So wäre etwa eine Beschichtung der Kathoden denkbar, die verhindert, dass sich die Wasserstoffmoleküle dort absetzen können. Ebenso könnte man stattdessen einen anderen Elektrolyt verwenden, das keinen Wasserstoff abgibt. Gelingt die Umstrukturierung der Batterien, könnten alle akkubetriebenen Geräte künftig eine viel stabilere Stromversorgung aufweisen. Auch eine längere Lebensdauer der Akkus könnte sich daraus ergeben – und somit eine schonendere Nutzung der verfügbaren Ressourcen. Genaue Daten dazu, wie groß die zu erwartende Verbesserung ist, sind jedoch erst nach Fortlauf der Forschungen zu erwarten.
Hoffentlich profitieren auch alte Geräte und Autos von den Ergebnissen.
Eine alte Batterie durch neue auszutauschen kostet nicht die Welt und ist nachhaltig.
Aber etwas sagt mir, die Geräte und Autohersteller sind gar nicht daran interessiert Batterien auszutauschen. Eine begrenzte Lebensdauer von Geräten und Autos ist ein Segen für diversen Hersteller. Nur min neuen Geräten lässt sich Geld verdienen. Neue Akkus werden Geld in die andere Taschen einspielen und das wird nicht zugelassen.