Akkualterung

Ewige Jugend für Lithium-Ionen-Akkus?

17.11.15 | Redakteur: Margit Kuther

Akkualterung: Beläge aus zersetztem Elektrolyt auf Graphitpartikeln der Anode eines NMC-Lithiumionen-Akkus, der mit hoher Ladespannung (4,6 V) geladen wurde+
Akkualterung: Beläge aus zersetztem Elektrolyt auf Graphitpartikeln der Anode eines NMC-Lithiumionen-Akkus, der mit hoher Ladespannung (4,6 V) geladen wurde+ (Bild: Irmgard Buchberger / TUM)

Bereits beim ersten Ladezyklus der Zelle erleidet ein Lithium-Ionen-Akku mit Graphit-Anode einen erheblichen Kapazitätsverlust. Wissenschaftler der TU München sind dem Alterungseffekt einen Schritt näher gekommen.

Alterung mindert die erzielbare Speicherkapazität bei Lithium-Ionen-Akkus erheblich. Bisher ist nur wenig darüber bekannt, wie es dazu kommt.

Wissenschaftler des Lehrstuhls für Technische Elektrochemie und der Forschungs-Neutronenquelle (FRM II) der Technischen Universität München (TUM) sind der Aufklärung der Ursachen in ihren neuesten Experimenten ein gutes Stück näher gekommen.

Lithiumionen-Akkus mit Graphit-Anode sind eine relative junge Entwicklung. Erst 1989 wurden sie zum Patent angemeldet und sind seit 1991 in elektrischen Geräten im Einsatz.

Seither haben sie einen weltweiten Siegeszug angetreten und dienen heute nicht nur in elektrischen Kleingeräten sondern auch Elektroautomobilen, Flugzeugen und sogar in Lokomotiven. Zukünftig sollen sie auch als große Zwischenspeicher mit Megawatt-Kapazitäten dienen.

Kapazitätsverlust bereits beim ersten Ladezyklus

Einen ersten starken Kapazitätsverlust erleidet ein Akku mit Graphit-Anode bereits beim ersten Ladezyklus der Zelle, dem Formierungsschritt. Hier verliert er bis zu 10% seiner Kapazität.

Bei jedem weiteren Lade- und Entladevorgang sinkt die Kapazität weiter, wenn auch nur geringfügig. Auch bei bloßer Lagerung, vor allem bei Temperaturen höher als Raumtemperatur, geht weitere Kapazität verloren.

Für diese Alterungseffekte hat die Physik zwar mehrere Ideen, aber noch keine endgültige Erklärung gefunden. TUM-Wissenschaftler des Lehrstuhls für Technische Elektrochemie und aus dem FRM II sind dem in ihren neuesten Experimenten ein gutes Stück näher gekommen.

Spurensuche mit Röntgenstrahlung und Neutronen

Um den Alterungsmechanismus zu verstehen und die Gründe dafür herauszufinden, kombinierten die TUM-Wissenschaftler elektrochemische Untersuchungen mit so unterschiedlichen Messmethoden wie Röntgenstreuung, Impedanzmessungen und Prompte Gamma-Aktivierungsanalyse (PGAA).

Mit diesen analysierten sie das Verhalten von Akkus mit Graphit-Anode und Nickel-Mangan-Cobalt-Kathode, sogenannte NMC-Zellen, bei verschiedenen Temperaturen. NMC-Zellen sind beliebt in der Elektromobilität, denn sie besitzen eine hohe Kapazität und halten theoretisch Ladespannungen von bis zu knapp fünf Volt aus. Bei Spannungen über 4,4 Volt nimmt jedoch die Alterung stark zu.

Mit Hilfe der Röntgenstreuung untersuchten die Wissenschaftler den Verlust an aktivem Lithium über mehrere Ladezyklen. Impedanzmessungen der Akkuzellen dienten dazu, den zunehmenden Widerstand zu erfassen.

Die Aktivierungsanalyse mit Neutronen schließlich half, die extrem geringen Mengen an abgeschiedenem Übergangsmetall auf den Graphitelektroden sicher zu bestimmen.

Inhalt des Artikels:

Kommentar zu diesem Artikel abgeben

Schreiben Sie uns hier Ihre Meinung ...
(nicht registrierter User)

Kommentar abschicken

Dieser Beitrag ist urheberrechtlich geschützt. Sie wollen ihn für Ihre Zwecke verwenden? Infos finden Sie unter www.mycontentfactory.de (ID: 43568736 / Technologie & Forschung)

Elektronikpraxis Magazin

ELEKTRONIKPRAXIS 14/2016

ELEKTRONIKPRAXIS 14/2016

IoT-Kongress: Die Ideenbörse für das Internet der Dinge

Weitere Themen:

Lithium-Zellen werden kleiner
DC/DC-Wandler für Elektromotorräder

zum ePaper

zum Heftarchiv

ELEKTRONIKPRAXIS 13/2016

ELEKTRONIKPRAXIS 13/2016

Plädoyer für GaN auf Silizium in Mobilfunk-Stationen

Weitere Themen:

Near-Threshold Technologie
Lösungen für die Elektrotechnik

zum ePaper

zum Heftarchiv

ELEKTRONIKPRAXIS 12/2016

ELEKTRONIKPRAXIS 12/2016

FPGA-basierte Systeme zeitgemäß entwickeln

Weitere Themen:

Embedded-Software-Strategie
String-PV-Anlagen sicher abschalten

zum ePaper

zum Heftarchiv