Neue Entdeckung verspricht 44 Prozent mehr Lebensdauer für Lithium-Ionen-Akkus
Während der ersten Lade- und Entladezyklen von Lithium-Ionen-Batterien treten irreparable Lithium-Verluste auf, die die Kapazität und Lebensdauer der Zelle beeinträchtigen. Doch Forscher:innen der Rice University haben nun eine bahnbrechende Entdeckung gemacht: Sie haben eine skalierbare Technik entwickelt, die die sogenannte Prä-Lithiierung optimiert und die Leistung von Lithium-Ionen-Batterien um bis zu 44 Prozent steigert. Diese Entwicklung könnte die Nutzung batteriebetriebener Geräte im Alltag revolutionieren, indem sie ihre Akku-Leistung in vielen Anwendungsbereichen verbessert.
Verluste ausgleichen durch Prä-Lithiierung
Quan Anh Nguyen, Anulekha K. Haridas, Tanguy Terlier und Sibani Lisa Biswal von der Rice University in Texas beschreiben in ihrem Artikel im Journal ACS Publications eine neue von ihnen entdeckte Methode, die Lebensdauer von Akkus zu verlängern.
Lithium-Verluste während der ersten Lade- und Entladezyklen von Lithium-Ionen-Batterien sind wie beschrieben irreversibel. Die sogenannte Prä-Lithiierung soll eine Möglichkeit darstellen, diese Verluste auszugleichen. Die Methode erlaubt es nämlich, mehr Lithium in die Zelle aufzunehmen als sonst. Das Verfahren basiert auf der Beschichtung der Silizium-Anoden mit stabilisierten Lithium-Metall-Partikeln.
Dafür wird eine Art Partikel-Spray verwendet. Das Grundkonzept wurde entdeckt, als ein Chemie- und Biomolekularingenieur des Labors versuchte, eine Schicht der Partikelmischung auf Anoden zu sprühen. Die Ingenieurin Sibani Lisa Biswal soll dabei entdeckt haben, dass das Besprühen von Anoden die Batteriekapazität um 22 bis 44 Prozent erhöhen kann.
Noch nicht perfektioniert
Natürlich bestehen auch andere Optionen, um effizientere Batterien zu entwickeln. Zum Beispiel könnte der Austausch von Graphit durch Silizium in Lithium-Ionen-Batterien eine höhere Energiedichte ermöglichen, da Silizium mehr Lithium-Ionen aufnehmen kann als Graphit. Trotzdem kann der Einsatz von Silizium auch herausfordernd sein. So kann dabei eine sogenannte Festkörper-Elektrolyt-Zwischenphase gebildet werden, die wie ein Filter wirkt und nur den Durchtritt von Lithiumionen ermöglicht, während sie Lösungsmittelmoleküle blockiert. Bei der Entladung werden durch elektrochemische Reaktionen Elektronen aus dem Lithium freigesetzt, wodurch Strom erzeugt wird und beispielsweise Fahrzeuge angetrieben werden können.
Bei kalten Temperaturen besteht auch das Problem, dass der Elektrolyt mit den Karbonat-Lösemitteln gefrieren kann. Dadurch geht die Fähigkeit verloren, die notwendigen Lithiumionen während des Aufladens in die Anode zu transportieren, was zu einer schnellen Abnutzung der Batterie führt.
Die Verwendung von Silizium und die Verwendung neuer Partikel in Lithium-Ionen-Batterien könnten zu einer längeren Haltbarkeit und zuverlässigeren Batterien führen, wenn diese Probleme gelöst werden können. Es bleibt zu hoffen, dass Entdeckungen wie diese in naher Zukunft auch auf dem breiten Verbraucher:innen-Markt bekannt werden. Wann die Methode der Wissenschaftler:innen marktreif sein könnte, bleibt allerdings unklar.
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