Plus von 50 Prozent: Ladetrick verbessert Gesamtlaufzeit von Batterien

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Längere Akku-Lebenszyklen könnten sich als unverzichtbar erweisen, um E-Fahrzeuge und die Energiespeicherung in Stromnetzen zu verbessern. Einsetzen können Hersteller von Lithium-Ionen-Batterien die neue Lademethode sofort. Die chemische Zusammensetzung der Batterien verändern müssen sie dafür nicht.

Gegenüber dem Wissenschafts-Onlinemedium New Scientist sagte einer der beteiligten Forscher, William Chueh von der Stanford Universität in Kalifornien, es reiche stattdessen aus, den letzten Schritt des Herstellungsprozesses anzupassen und die Art, wie neue Batterien zum ersten Mal aufgeladen werden, geringfügig zu verändern. Während dieses Prozessschritts, der auch Formierung genannt wird, werden die Leistungseigenschaften der Batterien wesentlich beeinflusst. Die Batterien bei der Formierung über mehrere Stunden mit niedrigen Spannungen zu laden ist offenbar gängige Praxis.

Chueh und seine Kollegen fanden heraus, dass es die Anzahl der pro Batterie möglichen Ladevorgänge signifikant erhöht, die neuen Akkus mit hohen Spannungen zu laden.

Mit Machine Learning herausgefunden

Mithilfe von Machine Learning identifizierten sie die Spannung und die Temperatur als die wichtigsten Faktoren, die die Akku-Performanz bei diesem ersten Ladevorgang beeinflussten. Die Ergebnisse der Datenanalyse überprüften sie anhand von Experimenten an 186 Batterien.

Die Entdeckung der Forscher konterkariert etabliertes Branchenwissen, denn die Akkus bei der Formierung bei einer höheren Spannung zu laden, inaktiviert mehr Lithium-Ionen in einer neuen Batterie, als die initiale Ladung bei einer niedrigen Spannung durchzuführen. Wie viele Lithium-Ionen aktiv sind, also zwischen negativer und positiver Elektrode hin- und herfließen, ist maßgeblich dafür, wie viel Ladung eine Batterie aufnehmen kann.
Jedoch entsteht durch den initialen Ionen-Verlust Platz in der positiven Elektrode, was laut der Forscher die Effizienz beim Auf- und Entladen erhöht. Außerdem tragen die inaktivierten Lithium-Ionen demnach dazu bei, den Verschleiß des Akkus zu verlangsamen.

Akkus, die während der Formation mit einer hohen Spannung aufgeladen wurden, hatten im Schnitt eine 50 Prozent längere Lebensdauer. Um das zu illustrieren: Wenn der Akku eines E-Autos also im Durchschnitt eine Lebensdauer von 1500 Ladezyklen hätte, könnte er diese durch das neue Vorgehen auf durchschnittlich 2250 Ladezyklen steigern.

(kst)