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Forscher der Queen Mary University of London haben den Weg für schnellere Ladezeiten von E-Autos freigemacht und gleichzeitig noch an der Kapazitätsschraube gedreht, sodass die Reichweite einer Akkuladung steigt.
Konkret haben sie das sogenannte „Lithium-Plating“ in den Griff bekommen. „Das ist ein bedeutender Durchbruch, der einen großen Einfluss auf die Zukunft von E-Fahrzeugen haben könnte“, so Entwicklungsleiter Xuekun Lu.
Metallisches Lithium
Lithium-Plating ist ein Phänomen, das bei Lithium-Ionen-Akkus vor allem beim Schnellladen auftritt. Dabei bilden sich auf den Oberflächen der Elektroden Schichten von metallischem Lithium, die die Bewegung der Lithium-Ionen behindern, vor allem auf der negativen Elektrode, die aus geschichtetem Graphit besteht.
Eigentlich sollen die Ionen in diese Schichtstruktur eindringen und dort verweilen, bis sie beim Entladen wieder zur positiven Elektrode wandern. Die unerwünschte Schichtbildung kann die Batterie beschädigen, ihre Lebensdauer verkürzen und sogar Kurzschlüsse verursachen, die Brände und sogar Explosionen auslösen können.
Graphitelektrode modifiziert
Lu und sein Team haben die Mikrostruktur der Graphitelektrode modifiziert, sodass Lithium dort keinen Halt mehr findet. Sie besteht aus winzigen Partikeln, deren Anordnung die Forscher verändert haben, sodass Lithium-Ionen leichter eindringen können. „Unsere Forschung hat gezeigt, dass die Lithiierungsmechanismen von Graphitpartikeln unter verschiedenen Bedingungen variieren, abhängig von ihrer Oberflächenmorphologie, Größe, Form und Ausrichtung“, so Lu.
„Davon geht die Neigung zur Bildung von Lithiumschichten aus. Mithilfe eines 3D-Batteriemodells haben wir zuvor erfasst, wann und wo die Lithiumbeschichtung beginnt und wie schnell sie wächst“, führt Lu aus. Darauf aufbauend haben die Forscher Gegenmaßnahmen entwickelt. Neben schnelleren Ladezeiten sorgt die Verfeinerung der Mikrostruktur der Graphitelektrode auch für eine höhere Energiedichte der Batterien.
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