Forscher der Universität Cambridge entdecken: Richtiger Druck auf Lithium-Batterien kann Lebensdauer verdoppeln

de.wedoany.com-Bericht: Ein Forscherteam der University of Cambridge hat herausgefunden, dass die Lebensdauer von Lithium-Batterien durch die Anwendung eines angemessenen und stabilen physikalischen Drucks verdoppelt werden kann. Diese Entdeckung könnte die Lebensdauer von Elektrofahrzeug-Batterien verlängern und den Umweltdruck durch Batterieentsorgung und den Abbau kritischer Rohstoffe verringern.

Während des Lade- und Entladevorgangs von Lithium-Batterien bewegen sich Lithium-Ionen zwischen der positiven und negativen Elektrode, wodurch sich das Batterievolumen wiederholt ausdehnt und zusammenzieht. Die durch langfristige Zyklen entstehenden mechanischen Spannungen beschleunigen die Alterung der Batterie. Derzeit führen Verbesserungen des Batteriematerials oder der chemischen Zusammensetzung nur zu einer geringfügigen Verlängerung der Batterielebensdauer.

Aus diesem Grund entwickelte das von der Universität Cambridge geleitete Forschungsteam einen Versuchsaufbau, bei dem mit aufblasbaren Luftkissen kontinuierlich ein stabiler Druck auf Pouch-Zellen ausgeübt und die Volumenänderung der Batterie in Echtzeit überwacht wird, um die Auswirkungen des Drucks auf die Batterielebensdauer zu untersuchen. Pouch-Zellen sind Lithium-Batterien, die mit einer Aluminium-Kunststoff-Verbundfolie umhüllt sind.

Die Versuchsergebnisse zeigen, dass die Batterieleistung am besten ist, wenn der Druck bei etwa 12,5 bar gehalten wird. Zu hoher Druck führt zur Abscheidung von metallischem Lithium auf der negativen Elektrode, während zu geringer Druck Risse im Material der positiven Elektrode verursachen kann – beides beschleunigt den Batterieabbau.

Einer der Forschungsleiter, Professor Michael De Volder von der Fakultät für Ingenieurwissenschaften der Universität Cambridge, erklärte, dass das Team weder den Elektrolyten noch das Elektrodenmaterial der Batterie verändert, sondern direkt handelsübliche Batterien für die Experimente verwendet habe. Dies beweise, dass allein durch optimiertes Druckmanagement die Batterielebensdauer erheblich verlängert werden könne.

Die Forscher sind der Ansicht, dass diese Technologie in Zukunft die Häufigkeit des Batteriewechsels bei Elektrofahrzeugen reduzieren, den Druck bei der Entsorgung und dem Recycling alter Batterien verringern und die Nachfrage nach Rohstoffen wie Nickel und Kobalt senken könnte. Dies würde die Umwelt- und Sozialauswirkungen des damit verbundenen Rohstoffabbaus mindern und sei besonders für den schnell wachsenden Markt für Elektrofahrzeuge, insbesondere den Gebrauchtwagenmarkt, von großer Bedeutung. Derzeit befindet sich die Technologie noch in der Laborvalidierungsphase; in Zukunft muss sie weiter skaliert und in kommerziellen Batteriesystemen eingesetzt werden. Die entsprechenden Forschungsergebnisse wurden in der britischen Fachzeitschrift Nature Energy veröffentlicht.