Blick ins Innere des Akkus: Cornell-Team verkürzt teuren Fertigungsschritt um bis zu 60 %
Das erste Laden neuer Batteriezellen kostet viel Zeit, Platz und Strom. Mit Echtzeit-Messungen fanden Forscher schnellere Abläufe – getestet in einer Fabrik in New York.
Symbolbild · Foto: Sevenethics / Wikimedia Commons, CC0 (zugeschnitten und skaliert)
Bevor eine neue Lithium-Ionen-Zelle ausgeliefert wird, durchläuft sie die sogenannte Formierung: In den ersten Lade- und Entladezyklen bilden sich Schutzschichten, die die Lebensdauer bestimmen. Dieser Schritt macht etwa ein Drittel der Produktionskosten und ein Viertel der Fabrikfläche aus. Ein Team der Cornell University um Chemieingenieurin Vibha Kalra hat nun in Echtzeit beobachtet, was dabei im Inneren der Zelle geschieht. Erstautorin ist Jantakan Nedsaengtip; die Ergebnisse erschienen in der Fachzeitschrift „Energy Storage Materials“.
Mit zwei Messverfahren – Raman-Spektroskopie und Impedanzspektroskopie während des Betriebs – verfolgten die Forscher Chemie und Widerstand der entstehenden Schutzschichten. Langsames Laden ergab gleichmäßigere, stabilere Schichten, beim Entladen dagegen lässt sich Tempo machen. Daraus entwickelte das Team zwei beschleunigte Abläufe. Bei Tests im Werk des Batterieherstellers Charge CCCV (C4V) in Binghamton erreichten die Zellen vergleichbare Leistung wie bisher, die Formierung dauerte aber bis zu rund 60 Prozent kürzer.
Laut C4V-Manager Shalabh Gupta könnte eine Fabrik mit mehr als zehn Gigawattstunden Jahreskapazität so bis zu 100 Millionen Dollar pro Jahr sparen; der Stromverbrauch des Werks sinke um geschätzt zehn bis 15 Prozent. „Die NSF Engine kann die besten Teams zusammenbringen, wie in diesem Fall“, sagte Nobelpreisträger Stan Whittingham, Innovationschef des beteiligten Programms NSF Energy Storage Engine. Bisher werde das Verfahren meist nach Versuch und Irrtum eingestellt, so Kalra.