Wissenschaftler haben gezeigt, wie inaktive Lithiumpools, die sich im Laufe der Lebensdauer einer Batterie ansammeln, reaktiviert werden können, um die Geräteleistung zu verbessern. Lesen Sie eine Geschichte im Neuen Atlas. Sie behaupten, dass dies einfach durch eine Anpassung des Ladevorgangs erreicht werden kann und dass diese Strategie nicht nur den heutigen Batterien zugute kommen, sondern auch Batteriedesigns der nächsten Generation mit deutlich höheren Dichten anstoßen könnte.
Der Durchbruch gelang einer Gruppe von Wissenschaftlern am SLAC National Accelerator Laboratory des Energieministeriums und der Stanford University, die „Inseln aus inaktivem Lithium“ untersuchten. Während die Batterien zyklisch betrieben werden, pendeln Lithium-Ionen zwischen den beiden Elektroden hin und her, wobei einige dabei versagen und elektrochemisch inaktiv werden, es bilden sich Klumpen, was zu einer Verringerung der Speicherkapazität über die Lebensdauer des Geräts und möglicherweise zu schlechteren Ergebnissen führt.
Lithium-Ionen-Batterien liefern tragbaren Strom und versorgen elektronische Geräte wie Mobiltelefone, Laptops und Tablets.Der Hauptautor der Studie und Stanford-Professor Yi Cui sagte: „Ich dachte immer, isoliertes Lithium sei schlecht, da es dazu führt, dass Batterien altern und sogar Feuer fangen.“ Cui erklärte weiter: „Aber wir haben herausgefunden, wie wir dieses ‚tote‘ Lithium wieder elektrisch mit der negativen Elektrode verbinden können, um es zu reaktivieren.“
Cui vermutete, dass die Verwendung einer Spannung, um die isolierten Lithiuminseln in Aktion zu setzen, sie dazu zwingen würde, sich physisch zwischen den Elektroden zu bewegen, was zu dieser Entdeckung führte. Um diese Theorie auf die Probe zu stellen, entwickelten die Forscher eine „optische“ Testbatterie, die es ihnen ermöglichte, die isolierten Lithiuminseln in Echtzeit zu beobachten, während das Gerät aufgeladen wurde.
Dieses Experiment zeigte, dass die Lithiuminsel nicht „tot“ war, sondern auf den Batteriebetrieb reagierte, indem sie beim Laden sanft zu einer Elektrode wanderte und sich beim Entladen langsam von der anderen Elektrode entfernte. Um dieses Ziel zu erreichen, führten die Forscher Folgetests an anderen Testbatterien durch und zeigten mithilfe von Computersimulationen, dass das isolierte Lithium mit geringfügigen Änderungen in der Lademethode zurückgewonnen werden konnte.
Nach Angaben der Forscher erhöhte diese Entdeckung die Lebensdauer der Testbatterie um 30 %. Dies könnte auch zu besseren Schnellladebatteriedesigns sowie einer höheren Kapazität und Lebensdauer aktueller wiederaufladbarer Batterien führen, was zu einer größeren Reichweite für Elektrofahrzeuge und einer längeren Batterielebensdauer für elektronische Geräte führen würde.
Wissenschaftler weisen außerdem darauf hin, dass das isolierte Lithiumproblem eine besondere Schwierigkeit für Lithium-Metall-Batterien darstellt, ein Design der nächsten Generation, das mit der Stabilität zu kämpfen hat. Dieses Problem könnte durch die Integration dieser neuen Technologie gelöst werden.
