Bessere Software verdoppelt Lebensdauer von Lithium-Ionen-Akkus

Ein verbessertes Ladeprotokoll könnte die Lebensdauer von Lithium-Ionen-Batterien deutlich verlängern. Forscher haben eine Möglichkeit gefunden, mit denen sich der Stromzufluss so steuern lässt, dass die schadhaften Veränderungen an den Materialien minimiert werden.

Konstanter Strom ist schlecht

Für gewöhnlich werden die Akkuzellen mit einem konstanten Stromfluss geladen. Eine neue Forschungsarbeit eines Teams des Helmholtz-Zentrums Berlin für Materialien und Energie und der Humboldt-Universität zu Berlin sieht darin aber keineswegs die beste Methode. Bei Tests wurde dafür das Verhalten der Batteriekomponenten mit der Röntgenquelle BESSY II genau analysiert.

Die Batterien wurden entweder konventionell mit Konstantstrom (CC) oder mit einem neuen Ladeprotokoll mit gepulstem Strom (PC) geladen. Anschließende Untersuchungen zeigten nach mehreren Ladezyklen deutliche Unterschiede. Bei den CC-Proben war die Festelektrolyt-Grenzfläche an der Anode deutlich dicker, was die Kapazität beeinträchtigte. Außerdem fand das Team mehr Risse in der Struktur der Elektroden, was ebenfalls zum Kapazitätsverlust beitrug.


Im Gegensatz dazu führte die PC-Ladung zu einer dünneren SEI-Grenzfläche und weniger strukturellen Veränderungen in den Elektrodenmaterialien. "Die gepulste Stromladung fördert die homogene Verteilung der Lithium-Ionen im Grafit und reduziert so die mechanische Belastung und Rissbildung der Grafitpartikel. Dadurch wird die strukturelle Stabilität der Grafitanode verbessert", erklärte HZB-Forscher Yaolin Xu.

Rechteck-Pulse wirken

Es kommt dabei jedoch auf die Frequenz des gepulsten Stroms an: Hochfrequente PC-Ladeprotokolle mit Rechteckstrom verlängern die Lebensdauer kommerzieller Akkuzellen am stärksten, wobei in dieser Studie eine Verdopplung der Zyklenlebensdauer erreicht wurde. Mitautorin Julia Kowal, Expertin für elektrische Energiespeichertechnik an der TU Berlin, betont: "Das gepulste Laden könnte viele Vorteile in Bezug auf die Stabilität der Elektrodenmaterialien und der Grenzflächen bringen und die Lebensdauer der Batterien deutlich verlängern."

Aus Sicht der Forscher kann der Einsatz verbesserter Ladeprotokolle bei verschiedenen batteriebetriebenen Geräten zu einer deutlich längeren Lebensdauer des Stromspeichers beitragen. Das reicht vom Smartphone bis hin zum Elektroauto.


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