Faktoren der Langlebigkeit von Lithium-Akkus

23. April 2018, 13:45 Uhr
Chemische Reaktionen an Grenzflächen.
Bild: Argonne National Laboratory.
Chemische Reaktionen an Grenzflächen.
Bild: Argonne National Laboratory.
Forschern des amerikanischen Argonne National Laboratory gelang die Aufklärung, welche chemischen Prozesse bei Lithium-Akkus über die Haltbarkeit und Stabilität entscheiden. Relevant sind die Vorgänge an einer mikroskopisch dünnen Schicht, der Grenzfläche zwischen flüssigem Elektrolyt und Festkörperelektrode im Inneren der Batterie, die sogenannte SEI (Solid-Electrolyte Interphase).

Bei der Ladung eines Lithium-Akkus entsteht durch die elektrochemische Reaktion von Fluorwasserstoff die Verbindung Lithiumfluorid, welche die „Leistung“ eines Akkus wesentlich beeinflusst. Lithiumfluorid entsteht laut den Forschungsresultate an der Elektrode, die aus Metall, Graphen oder Graphit besteht. Folglich ist die Auswahl der Materialien entscheidend, da diese über die Art und das Ausmaß der chemischen Reaktionen bestimmt. Je höher die Konzentration an Fluorwasserstoff, desto stärker fallen beim Laden die störenden Reaktionsprodukte von Salzen im feuchten Milieu aus. Diese Erkenntnisse konnten nun erstmals durch konsequente Überwachung der Konzentration von Fluorwasserstoff-Konzentration im Akku gewonnen werden, und die Messergenise zeigen sich als sehr relevant für die Langlebigkeit der Akkus.

Verbesserte Lithium Akkus

Seit den ersten Forschungen an Lithium-Ionen-Akus in den 1970er Jahren an der TU München wurde versucht, die Vorgänge an der SEI sowie die Zusammensetzung der nur etwa 1 µm dicken Schicht aufzuklären, da hiervon ganz entscheidend die elektrische Leistungsfähigkeit und die technischen Daten solcher Akkus abhängen. Erst mit einem vertieften Verständnis dieser Prozesse können Lithium-Akkus systematisch optimiert werden anstatt auf Vermutungen und Zufallsfunde angewiesen zu sein. Erste Anwendungen dieser Erkenntnisse werden von Akku-Herstellern gerade implementiert.

Mehr Details finden sich in der Argonne-Pressemeldung mit dem Titel Battery’s hidden layer revealed.
 
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