Batterien verlieren mit der Zeit an Leistung. Bislang war jedoch unklar, woher dieser Leistungsverlust kommt. Forscher sind dem Rätsel nun mithilfe der Kernspintomographie (MRT) auf den Grund gegangen.
Ein Forscherteam der Tohoku-Universität hat eine neue Methode entwickelt, um den Alterungsprozess von Lithium-Ionen-Batterien besser zu verstehen. Mithilfe der Magnetresonanztomographie (MRT) konnten sie in Echtzeit beobachten, wie sich Metallionen aus der Kathode lösen.
Dieses Vorgang gilt als zentraler Faktor für den Leistungsverlust von Batterien. Die Entdeckung könnte helfen, langlebigere und leistungsfähigere Batterien zu entwickeln, die besonders für Elektrofahrzeuge und tragbare Elektronik wichtig sind.
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Warum verlieren Lithium-Ionen-Batterien Leistung?
Lithium-Ionen-Batterien sind effizient und zuverlässig, doch mit der Zeit verschlechtert sich ihre Leistung. Ein Hauptgrund dafür ist die Auflösung von Metallionen, insbesondere Mangan, das sich aus der Kathode löst und in den Elektrolyten übergeht.
Bisher war es kompliziert, diesen Prozess genau zu untersuchen, da die Mengen der gelösten Ionen extrem klein sind. Dank einer neuen MRT-Technologie konnten Forscher nun jedoch direkt verfolgen, wann, wo und in welchem Umfang Metallionen aus der Kathode freigesetzt werden.
Da Mangan-Ionen paramagnetische Eigenschaften besitzen, erscheinen sie auf den MRT-Bildern als deutliche Signale. Das ermöglichte eine präzise Echtzeitanalyse des Alterungsprozesses von Batterien.
Neue Elektrolyte könnten die Lebensdauer verlängern
Ein wichtiger Aspekt der Studie war die Untersuchung alternativer Elektrolyte, die den Metallionen-Verlust verringern könnten. Dabei testeten die Wissenschaftler ein neuartiges Elektrolytsystem namens LiTFSI MCP, das Forscher der Universität Münster entwickelten.
Die MRT-Analyse zeigte, dass dieses Elektrolyt die Auflösung der Mangan-Ionen erfolgreich unterdrücken konnte. Das bedeutet: Durch gezielte Veränderungen der Elektrolyte ließe sich die Lebensdauer von Lithium-Ionen-Batterien verlängern.
Die neue Analysemethode könnte die Entwicklung besserer und haltbarer Lithium-Ionen-Batterien beschleunigen. Forscher können in verschiedenen Szenarien testen, wie sich unterschiedliche Elektrolyte, Salze oder Kathodenmaterialien auf den Alterungsprozess auswirken. Damit wird es möglich, den Leistungsverlust künftiger Batteriegenerationen zu reduzieren.
Elektrofahrzeuge könnten dann längere Reichweiten und stabilere Akkus bieten, während tragbare Geräte seltener neue Batterien benötigen. Die Forscher hoffen, dass diese Methode auch auf andere elektrochemische Systeme angewendet werden kann, um die allgemeine Effizienz und Haltbarkeit von Energiespeichern weiter zu verbessern.
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