Forschung entdeckt Ursache für frühzeitige Alterung von Lithium-Ionen-Batterien
(Bild: Iurii Motov / Shutterstock.com )
Warum Akkus mit der Zeit schwächeln, haben Forscher nun entschlüsselt. Der Übeltäter ist ausgerechnet Wasserstoff. Gibt es bald Batterien mit ewiger Power?
Wer ein älteres Handy besitzt, kennt das Problem: Der Akku hält einfach nicht mehr so lange wie früher. Auch bei Elektroautos macht sich dieser Effekt nach einigen Jahren bemerkbar – die Reichweite sinkt. Doch was genau steckt hinter dem allgegenwärtigen Phänomen der Batterieermüdung?
Dieser Frage ist nun ein internationales Forscherteam unter der Leitung von Michael Toney, Professor an der University of Colorado Boulder, nachgegangen. Mithilfe einer der weltweit stärksten Röntgenlichtquellen, der Advanced Photon Source des Argonne National Laboratory in Illinois, haben sie den Übeltäter entlarvt: Wasserstoff.
Die Forscher fanden heraus, dass sich im Laufe der Zeit Wasserstoffmoleküle aus dem Elektrolyt der Batterie lösen und zur positiv geladenen Elektrode, der Kathode, wandern. Dort besetzen sie genau die Plätze, an denen sich normalerweise die Lithium-Ionen tummeln, die für den Stromfluss und damit für die Speicherkapazität der Batterie verantwortlich sind.
Je öfter der Akku be- und entladen wird, desto mehr Wasserstoff sammelt sich an der Kathode an und verdrängt die Lithium-Ionen. Dadurch verliert die Batterie immer mehr an Leistung – das Handy muss öfter an die Steckdose, das Elektroauto kommt nicht mehr so weit.
Mögliche Lösungen: Wasserstoff aussperren oder ersetzen
Die gute Nachricht: Jetzt, da die Ursache des Problems bekannt ist, können die Ingenieure gezielt nach Lösungen suchen. Denkbar wäre etwa eine spezielle Beschichtung der Kathode, die wie ein Türsteher Wasserstoffmoleküle abweist, Lithium-Ionen aber passieren lässt.
Auch ein anderer Elektrolyt, der keinen Wasserstoff abgibt, könnte Abhilfe schaffen. "Jetzt, da wir verstehen, was die Alterung von Batterien verursacht, können wir der Batterie-Community sagen, was bei der Entwicklung von Batterien verbessert werden muss", sagt Toney.
Hintergrund der Forschung ist auch die Suche nach Alternativen für das umstrittene und teure Kobalt in Batterien. Das seltene Metall wird oft unter menschenunwürdigen Bedingungen abgebaut. Ersatzstoffe wie Nickel und Magnesium haben sich bisher als noch anfälliger für Kapazitätsverluste erwiesen. Hier könnte die Entdeckung des Wasserstoffs als Problem neue Perspektiven eröffnen.
Längere Reichweiten wären ein Meilenstein für die Energiewende: Elektroautos mit größerer Reichweite zu niedrigeren Preisen würden massentauglich. Handys und Laptops müssten seltener aufgeladen werden, was Ressourcen spart. Und Energiespeicher, die tagelang halten, würden die Versorgung mit Wind- und Sonnenstrom erleichtern.