Forscher entschlüsseln Chemie von Batterien

Forscher des US-amerikanischen Argonne National Laboratory berichten über einen Durchbruch beim Chemie-Verständnis von Lithium-Ionen-Batterien. [...]

Die Zusammensetzung der mikroskopisch dünnen Schicht, die sich an der Grenzfläche zwischen Flüssigelektrolyt und Festkörperelektrode im Inneren der Batterie bildet, auch „Solid-Electrolyte Interphase“ (SEI) genannt, trägt maßgeblich zur Leistungsfähigkeit der Batterie bei.

Reaktionen und Konzentrationen

Vor allem der Bestandteil Lithiumfluorid, der bei der Ladung durch eine elektrochemische Reaktion von Fluorwasserstoff gebildet wird, ist ein wichtiger Leistungsfaktor von Batterien. Die Bildung des Lithiumfluorids basiert laut Forschungsergebnissen maßgeblich auf dem Material der Elektrode – Metall, Graphen oder Graphit. Dies wiederum zeigt den Forschern zufolge, wie wichtig die chemische Reaktion im Inneren der Batterie während des Ladevorgangs ist.

Je nachdem, wie hoch der Fluorwasserstoff konzentriert ist, kommt es bei der Ladung zu höchst schädlichen Verunreinigungen, welche auf Reaktionen von Salz und Feuchtigkeit beruhen. Dem Forscher-Team gelang es nun erstmals, die Fluorwasserstoff-Konzentration zu überwachen und zu messen, was als bahnbrechend in der Wirkungsforschung von Batterien angesehen wird.

Verbesserte Performance als Ziel

Seit der Erfindung der Lithium-Ionen–Batterie in den 1970er-Jahren forschen Wissenschaftler an der Zusammensetzung der SEI, die nur ein Tausendstel eines Millimeters dick ist. „Die Qualität der Batterie steht und fällt mit der Qualität der SEI“, wie Experte Dusan Strmcnik erklärt. Wenn die Rolle und die Zusammensetzung der individuellen Komponenten der SEI besser erforscht wäre, könne die Performance von Batterien in Zukunft verbessert werden.

Forschungsleiter Nenad Markovic gibt sich zuversichtlich, dass seinem Team ein großer Wurf gelungen ist: „Unsere Ergebnisse und Methoden, die Konzentration des Fluorwasserstoffs zu messen, finden bereits Verwendung bei Batterie-Herstellern. Sie beinhalten wegweisende Aspekte, die zur Verbesserung von bestehenden und zur Herstellung neuer Lithium–Ionen–Technologien beitragen.