Die Entwicklung langlebiger Lithium-Ionen-Batterien ist ein zentraler Bestandteil der Elektromobilität. Doch trotz ihrer langen Lebensdauer verlieren diese Batterien mit der Zeit an Kapazität – ein Phänomen, das als Degradation bekannt ist. Bisher war unklar, warum genau dieser Alterungsprozess stattfindet. Doch jetzt gibt es bahnbrechende Neuigkeiten: Ein Forschungsteam hat eine Methode entwickelt, um die Akku-Alterung direkt zu beobachten – und sogar Lösungen zur Verlangsamung des Prozesses entdeckt.
Neue Einblicke in den Degradationsprozess der Batterien
Bislang ging man davon aus, dass sich Metallionen, insbesondere Mangan, aus der Kathode von Lithium-Batterien lösen und sich im Elektrolyten ablagern. Dies führt zu einer Veränderung der Chemie im Inneren der Batterie, was die Leistung beeinträchtigt. Doch bisher war es den Forschern nicht möglich, diesen Prozess direkt zu beobachten – bis jetzt.
Ein Team der Tohoku-Universität in Japan hat erstmals eine Magnet-Resonanz-Tomografie (MRT) entwickelt, die es ermöglicht, die Bewegung von Mangan-Ionen in Echtzeit zu verfolgen. Mithilfe dieser neuen Technologie können Wissenschaftler nun den Alterungsprozess von Lithium-Batterien detailliert untersuchen.
Das Besondere an dieser Methode ist die Verwendung der MRT zur Visualisierung von Mangan-Ionen, die aufgrund ihrer magnetischen Eigenschaften besonders gut in Bildgebungstechniken sichtbar gemacht werden können. Damit konnten die Forscher den Degradationsprozess im Zeitraffer beobachten und wertvolle Erkenntnisse gewinnen. Der Fokus lag dabei auf der Entwicklung neuer Elektrolyte, die den Mangan-Austritt aus der Kathode bremsen oder sogar verhindern können. Diese Entdeckung eröffnet neue Möglichkeiten, die Lebensdauer und Leistungsfähigkeit von Lithium-Ionen-Batterien signifikant zu verbessern.
Erste Erfolge mit neuem Elektrolyten
Besonders vielversprechend ist die Entdeckung eines speziellen Elektrolyten, der in Zusammenarbeit mit Forschern des Batterieforschungszentrums Münster (MEET) entwickelt wurde. Der sogenannte LiTFSI MCP-Elektrolyt zeigte in den Tests eine erstaunliche Fähigkeit, die Mangan-Aktivität nahezu vollständig zu unterbinden. Dies bedeutet, dass die Batterien deutlich langsamer altern und ihre Leistung über einen längeren Zeitraum aufrechterhalten können.
Warum das wichtig ist
Mit diesen neuen Erkenntnissen könnten nicht nur Elektroautos, sondern auch andere Geräte mit Lithium-Ionen-Batterien von einer längeren Lebensdauer und besserer Leistungsfähigkeit profitieren. Die Elektroautoindustrie, die auf langlebige Batterien angewiesen ist, könnte hierdurch entscheidende Fortschritte erzielen, was sowohl die Reichweite als auch die Gesamtbetriebskosten von Elektrofahrzeugen betrifft.
Die Zukunft der Lithium-Ionen-Batterien
Die Fortschritte der japanischen Forscher und ihrer internationalen Partner könnten den Weg für eine neue Generation von Batterien ebnen, die nicht nur länger halten, sondern auch effizienter und umweltfreundlicher sind. Das Potenzial dieser Technologien könnte weit über die Elektromobilität hinausreichen und auch die Nutzung von Lithium-Ionen-Batterien in tragbaren Geräten und stationären Energiespeichern revolutionieren.
In den kommenden Jahren könnte sich zeigen, dass diese MRT-Methoden und verbesserten Elektrolyte der Schlüssel zur Bekämpfung der Degradation von Lithium-Batterien sind. Damit könnte der Traum von fast unendlich langlebigen Akkus für Elektroautos und andere Geräte Wirklichkeit werden.
