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Lithium-Ionen-Akkus

Problem Schnellladen: Neuer Test macht langlebigere Lithium-Ionen-Akkus greifbar

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Die Testzelle ist der Schlüssel

„Der Schlüssel zum Nachweis von Lithium Plating mittels ESR war der Aufbau einer Testzelle, die kompatibel mit den Anforderungen der ESR-Spektroskopie ist und gleichzeitig gute elektrochemische Eigenschaften aufweist“, erklärt Erstautor Dr. Johannes Wandt. „Wichtig ist auch die Geometrie. Scharfe Messergebnisse sind nur dann zu erzielen, wenn die Probe nur dem magnetischen Feld, nicht aber dem zwangsläufig vorhandenen elektrischen Feld ausgesetzt ist.“

Um dies zu gewährleisten, hat er als Doktorand in der Gruppe von Prof. Hubert Gasteiger am Lehrstuhl für Technische Elektrochemie der TUM eine stäbchenförmige Zelle entwickelt, mit der sich die Bildung von metallischem Lithium direkt und quantitativ exakt nachweisen lässt.

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Die richtige Strategie für die Schnelladung

„Mit diesem Verfahren wird es nun erstmals möglich, Lithium Plating und die damit verbundenen Prozesse differenziert zu untersuchen, was für eine Reihe von Anwendungen relevant ist“, sagt Rüdiger-A. Eichel, Direktor am Jülicher Institut für Energie- und Klimaforschung. „Ein Beispiel ist die Entwicklung von sicheren und gleichzeitig schnellen Ladeprotokollen,“ erläutert Rüdiger-A. Eichel. „Mit unserem Verfahren lässt sich jetzt der maximale Ladestrom bis zum Einsetzen des Lithium Plating bestimmen sowie weitere Randbedingungen wie die Temperatur und Einfluss der Elektrodengeometrie ermitteln.“

Darüber hinaus eignet sich Methode als Testverfahren für unterschiedliche Batteriematerialien, etwa zur Entwicklung neuer Additive, mit denen sich der Effekt des Lithium Plating unterdrücken lässt.

Die Arbeiten wurden gefördert mit Mitteln des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen des Projekts ExZellTUM II. und des Bayerischen Staatsministeriums für Wirtschaft und Medien, Energie und Technologie im Rahmen des Projekts „EEBatt“. Das Projekt EEBatt ist Teil des von der Munich School of Engineering (MSE) koordinierten Schwerpunktprogramms „TUM.Energy“.

Originalpublikation: Johannes Wandt, Peter Jakes, Josef Granwehr, Rüdiger-A. Eichel, Hubert A. Gasteiger: Quantitative and Time Resolved Detection of Lithium Plating on Graphite Anodes in Lithium Ion Batteries, Materials Today, Dec. 1., 2017 – DOI: 10.1016/j.mattod.2017.11.001

* Dr. A. Battenberg: Technischen Universität München (TUM), 80333 München

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