Innovative Methodik für verbesserte Schnellladeverfahren entwickelt
Insbesondere mit Blick auf die Elektromobilität intensiv diskutiert wird die Schnellladefähigkeit von Lithium-Ionen-Batteriezellen. Ein Forscherteam des MEET Batterieforschungszentrums der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster hat eine neue Methode entwickelt, mit der sich bestimmen lässt, wie schnell die Zellen ohne Kapazitätsverlust geladen werden können. Anders als bei bisherigen Methoden, die auf Modellzellen zurückgreifen, können mithilfe der neu entwickelten operando Überspannungsanalyse die relevanten Zellen direkt untersucht werden.
Alterung der Batteriezellen verbessern
Gemessen wird die Ladestromgrenze über den gesamten Ladebereich. "Ziel ist es, Schnellladeverfahren zu entwickeln, bei denen kein Lithium-Plating entsteht", sagt MEET Wissenschaftler Dr. Philip Niehoff. Bei diesem Prozess bildet sich während des Ladens der Batterie metallisches Lithium auf der Oberfläche der Anode und lagert sich dort ab. Das beeinträchtigt die Sicherheit und die Lebensdauer der Zellen. "Die Messergebnisse können genutzt werden, um das Auftreten von Lithium-Plating gezielt zu steuern", so Niehoff. Bei Schnellladeverfahren ohne Lithium-Plating konnte die Ladegeschwindigkeit bei zwei verschiedenen Zellsystemen um 84 Prozent beziehungsweise um 79 Prozent gesteigert werden.
Gleichzeitig gibt die neu entwickelte Methode Aufschluss über Alterungsmechanismen innerhalb der Zelle. Altert sie, wird sie aufgrund von Temperatur- und Druckschwankungen inhomogen. Das senkt wiederum die Schnelladefähigkeit. MEET Wissenschaftler Patrick Münster erklärt: "Ein gutes Verständnis der Auswirkungen von Inhomogenitäten und unsere Methodik zur Bestimmung der Ladefähigkeit können zukünftig die Alterung der Zellen deutlich verbessern."
Detaillierte Ergebnisse frei verfügbar
Die gesamte Studie haben die MEET Forscher Patrick Münster, Dr. Philip Niehoff und Prof. Dr. Martin Winter als Open-Access-Artikel im Fachmagazin "Journal of The Electrochemical Society" veröffentlicht.