Batteriealterung erklärt Fraunhofer-Institut findet Erklärung für nachlassende Batterie-Leistungsfähigkeit

Autor: Jan Rosenow

Wissenschaftler der Fraunhofer-Gesellschaft haben eine Erklärung dafür gefunden, warum gebrauchte Batterien rasant an Leistung verlieren.

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E-Auto-Batterie: Ab einem bestimmten Punkt fällt die Leistung stark ab.
E-Auto-Batterie: Ab einem bestimmten Punkt fällt die Leistung stark ab.
(Foto: Nissan)

Wissenschaftler haben eine Erklärung dafür gefunden, warum gebrauchte Batterien rasant an Leistung verlieren. Drei Jahre lange untersuchte das Zentrum für Angewandte Elektrochemie (ZfAE), Teil des Fraunhofer-Instituts für Silicatforschung (ISC) in Würzburg, im Rahmen eines EU-Projekts die Ursachen für Batteriealterung. Dafür standen dem Zentrum Altbatterien aus Elektroautos zur Verfügung, die ausführlich getestet und analysiert wurden.

Die alterungsbedingt nachlassende Leistung von Batterien und die daraus folgenden Reichweiten- und Restwertprobleme gehören zu den Faktoren, die derzeit noch einem Durchbruch der Elektromobilität entgegenstehen. Die meisten Batterien zeigen heute folgendes Verhalten: Ab einer Restkapazität von 80 Prozent erfährt ihre Leistungskurve einen deutlichen Knick nach unten und die nichtlineare, rapide Alterung beginnt. Im Auto müsste ein solcher Stromspeicher getauscht werden, was Kosten von mehreren Zehntausend Euro aufwirft und letztlich unwirtschaftlich ist.

Um die Gründe für diesen Alterungsprozess herauszufinden, untersuchten die Wissenschaftler Altbatterien aus der ersten Elektrofahrzeuggeneration und verglichen sie mit eigens gefertigten Laborzellen gleicher Bauweise. Sowohl die gebrauchten Batterien als auch die laborgefertigten Zellen – die einer kontrollierten, schnellen Alterung unterzogen wurden – durchliefen verschiedene mechanische, thermische und chemische Tests, deren Ergebnisse das ZfAE anschließend für die Analysen der Zellveränderungen nutzte.

Lithium-Abscheidung schädigt die Kathode

Die Wissenschaftler stellten fest, dass kurz vor dem Leistungsknick kleine Bereiche der Kathode starke Beeinträchtigungen in Form eines metallischen Lithium-Schleiers aufwiesen – das sogenannte Lithium-Plating. Während die positive Elektrode kaum Veränderungen zeigte, war die negative Graphitelektrode durch Mikrorisse, Ablagerungen und das Lithium-Plating beeinträchtigt. Da das Plating teils irreversibel ist, griff der Vorgang im weiteren Verlauf auf benachbarte Bereiche über, und die Batterie erreichte ihr Lebensende.

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 Jan Rosenow

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Ressortleiter Service & Technik, Vogel Communications Group