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Lithium wird gepackt! Der Stromkollektor von Batterien schnappt sich Lithium

Quelle: Ruhr-Universität Bochum 2 min Lesedauer

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Ruhr-Universität Bochum

Jeder Verlust von Lithium senkt die Kapazität von Batterien und verkürzt damit ihre Lebensdauer. Ein Forscher haben jetzt bestätigen können, dass der Stromkollektor beim Laden dafür verantwortlich ist ...

Lithium-Ionen-Batterien unterliegen einem bisher nur theoretisch erklärten Kapazitätsverlust. Dieser konnte von deutschen Forschern nur auch in der Praxis erforscht, bestätigt und erklärt werden: Der kupferne Stromkollektor der Batterie zieht Lithium an und hält es fest ...(Bild: Battery Source)
Lithium-Ionen-Batterien unterliegen einem bisher nur theoretisch erklärten Kapazitätsverlust. Dieser konnte von deutschen Forschern nur auch in der Praxis erforscht, bestätigt und erklärt werden: Der kupferne Stromkollektor der Batterie zieht Lithium an und hält es fest ...
(Bild: Battery Source)

Neueste Forschungsarbeiten zwangen dazu, zu vermuten, dass während des Ladevorgangs Lithium an den Stromkollektor verloren geht. Forscher der Ruhr-Universität Bochum (RUB) um Prof. Dr. Tong Li und des Helmholtz Instituts Ulm sowie des Karlsruher Instituts für Technologie um Prof. Dr. Dominic Bresser haben diese Hypothese bestätigen können. Lithiumionen werden also tatsächlich in den Stromkollektor aus Kupfer eingebunden. Der Kupferstromkollektor ist eine dünne Kupferfolie, die als Trägerschicht für die Anode der Batterie dient und Elektronen sammelt, um sie zum Minuspol zu leiten. Bei Lithium-Metall-Batterien kann aber Lithium während des Lade- und Entladezyklus in den Kupferstromkollektor diffundieren. Dieser Verlust nimmt übrigens mit der Anzahl an Ladezyklen zu, was auch bei hochmodernen Batterietypen der Fall ist, wie man weiter herausfand.

Auch modernste Batterietypen unterliegen dem Lithium-Klau

Das institutsübergreifende Forschungsteam setzte dafür die sogenannte Atomsondentomografie ein. Denn diese erlaubt es, präzise dreidimensionale Karten beliebiger Elemente mit einer Auflösung im Subnanometerbereich zu erstellen. Es zeigte sich, dass Lithium bereits nach einem einzigen Lade- respektive Entladungszyklus zunächst an Korngrenzen und Grenzflächen der Kupferfolie eingebunden wird und verloren ist. Nach drei Zyklen werde die Oberfläche der Kupferfolie nanokristallin und oxidiere sogar. Die dadurch entstehenden Defekte binden Lithium und Sauerstoff unterhalb der Oberfläche weiter ein, was schließlich zu einer Zersetzung des Kupferstromkollektors führt, so die Erkenntnisse. All diese Informationen sind demnach wichtig, um zu verstehen, wie der Stromkollektor die Leistung von Lithiumbatterien der Zukunft beeinflusst. Und Lithium-Metall-Batterien (LMB) und seit kurzem auch sogenannte „Zero Excess“- oder „anodenfreie“ LMB gelten als die nächsten bedeutenden Schritte auf dem Weg zu noch höheren Energiedichten. Sie übertreffen die derzeit vorherrschende Lithium-Ionen-Technologie bei weitem und galten als immun gegen den Lithium-Klau durch den Stromkollektor. Das muss wohl jetzt revidiert und bei den weiteren Entwicklungen berücksichtigt werden.

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