Batteriealterung

Die Anforderungen an die Lebensdauer einer Batterie steigen stetig, insbesondere durch ihren verstärkten Einsatz in der Elektromobilität oder als stationäre Speicher. Die MEET Wissenschaftler*innen konzentrieren sich deshalb darauf, Alterungsmechanismen der Batterie zu verstehen und Maßnahmen zu entwickeln, um diesen entgegenzuwirken. So erhöht sich nicht nur ihre Lebensdauer, auch die Kosten und der CO₂-Fußabdruck der Batterie werden auf einen längeren Zeitraum verteilt. Dabei beeinflussen eine Vielzahl an Faktoren den Alterungsprozess und damit einhergehend den Leistungs- und Energieabfall der Batterie: Nicht nur die Zeit, sondern auch Parameter wie das Nutzungs- und Ladeverhalten oder die Temperatur wirken sich maßgeblich auf die Lebensdauer der Zellen aus.

Detaillierte Forschung für langlebige Batterien

Abhängig davon, wie ausgeprägt der Einfluss dieser Faktoren ist, kommt es in der Batterie zu einer Vielzahl an Reaktionen, die ihre Lebensdauer verkürzen. Ziel der MEET Forschung ist es, Methoden zu entwickeln, die die Alterungsmechanismen im ersten Schritt aufdecken und anschließend quantifizieren. Indem unsere Forscher*innen Batterien kontrolliert altern lassen, identifizieren sie, wie sich beispielsweise das ungewollte Wachstum der Solid Electrolyte Interphase (SEI) und der Cathode Electrolyte Interphase (CEI), die Übergangsmetallauflösung, Kontaktverlust des Aktivmaterials oder auch das Lithium-Plating auf die Lebensdauer der Batterie auswirken. Bei letzterem bildet sich beim Laden der Batterie metallisches Lithium, das sich in der Batteriezelle ablagert und so die Lebensdauer beeinträchtigt. Unsere Wissenschaftler*innen dieses Kompetenzbereichs forschen deshalb zum Beispiel an Schnelladeverfahren, bei denen es nicht zu Lithium-Plating kommt. Erfolgreich untersucht hat das Team bereits, wie sich Kapazität und Innenwiderstand von Graphit-Zellen unter verschiedenen Zyklisierbedingungen verändern.

Insgesamt analysiert das MEET Forschungsteam die Alterungsmechanismen nicht separat, sondern immer in Abhängigkeit voneinander. Denn oftmals überlagern sich Effekte und Mechanismen. Neben der kontrollierten Alterung von Batterien führt es dafür umfangreiche post mortem Analysen durch. Eine weitere Herausforderung, der sich die MEET Wissenschaftler*innen stellen, ist die Komplexität der Probe, die häufig gängige Methoden an ihre Grenzen bringen. Die Methodenentwicklung und -anpassung ist deshalb ein wichtiger Aufgabenbereich unserer Forscher*innen.