EVs: Forscher finden einen Hauptfehler, der die Schnelllade-Akkuleistung begrenzt

Schnellladende Elektroautos herzustellen ist ein zweischneidiges Schwert. Einerseits ist die Verkürzung der Wiederaufladezeit von Stunden auf Minuten ein entscheidender Schritt, um Elektrofahrzeuge für Verbraucher attraktiv zu machen - niemand möchte anderthalb Stunden an der Pumpe warten. Untersuchungen haben jedoch auch ergeben, dass ein schnelles Aufladen der Autobatterie die Leistung beeinträchtigt.

Unternehmen wie Tesla und Porsche stehen im Vordergrund, um dieses Problem zu lösen, und versuchen, die Verbraucher durch ihre "ultraschnellen" Ladezeiten in ihre Elektrofahrzeuge zu locken. Die Beschleunigung des Wiederaufladevorgangs von Lithium-Ionen-Batterien führt jedoch zu einer chemischen Reaktion (Lithium-Plating), die die Batterie eines Autos im Laufe der Zeit drastisch verschlechtern kann. Glücklicherweise hat eine Gruppe amerikanischer Wissenschaftler die Kraft der Röntgentechnologie genutzt, um das Phänomen besser zu verstehen, um in Zukunft bessere Batterien zu entwickeln.

Die Studie wurde in der Zeitschrift veröffentlicht Energie- und Umweltwissenschaften, speziell untersuchte, wiederaufladbare Lithium-Ionen-Akkumulatoren mit Graphitelektroden oder die positiv und negativ geladenen Komponenten der Zelle. Mit einer Technik, die als energiedispersive Röntgenbeugung bekannt ist, konnten die Forscher einen "Film" der Batterien einfangen, der während des Schnellladens zu Fehlfunktionen führte. Dies gab ihnen ein klares Bild davon, wie Lithium-Plating in den viel größeren Zellen auftreten könnte, die später als Antrieb für Autos und Smartphones verwendet werden.

Die Forscher fanden auch heraus, dass der Elektrolyt - oder die Flüssigkeit in Lithium-Ionen-Batterien, die Ladung zwischen den Elektroden trägt - in der Nähe des Separators, einer Membran zwischen den Elektroden einer Zelle, erstarrt. Daniel Abraham, ein Batteriewissenschaftler am US-Energieministerium und Mitautor der Studie, erklärt, wie dies den Forschern ein besseres Verständnis verschafft genau Was verursacht diese rasche Verschlechterung.

"Das könnte man nur aus dem gesunden Menschenverstand erwarten", sagte er in einer Erklärung. "Indem wir jedoch genau sehen, wie das Lithium in der Elektrode verteilt ist, können wir die inhomogene Alterungszeit einer Batterie genau bestimmen."

Es zeigt sich, dass Lithium die Kristallstruktur von Graphit ausdehnt, was zu einer geringen Metallablagerung in der Nähe des Separators führt. Nach einiger Zeit beeinträchtigt dieser Aufbau die Gesamtkapazität der Zelle, wodurch die Reichweite eines Autos oder die Gesamtlebensdauer des Telefons verringert wird.

Gegenwärtig besteht die einzige Möglichkeit zur Verhinderung der Lithiumplattierung darin, eine Überspannung zu vermeiden, so das UPS Battery Center. Dies ist nicht unbedingt mit der Mission der EV-Industrie vereinbar, eines Tages unsere schnell aufladenden Träume zu erfüllen. Dies könnte jedoch gelöst werden, wenn Batterieforscher einen Weg finden, Graphit durch ein weniger kristallines Material zu ersetzen.

Nun, da Abraham und seine Kollegen herausgefunden haben, wie man die Lithiumplattierung beobachten kann, wollen sie größere Beutelzellenbatterien untersuchen, die in Elektrofahrzeugen und Smartphones zu finden sind. Auf diese Weise können sie auf spezifische Lösungen hinarbeiten, um langlebige Akkus zu schaffen, die auch schnell aufgeladen werden können. Eine Entwicklung, die, wenn sie einmal erreicht wurde, sicher Schockwellen in einer Reihe von Branchen ausstrahlen würde.