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Wissenschafter des Paul-Scherrer-Instituts in Villigen haben bei Lithium-Ionen-Batterien den sogenannten Memory-Effekt nachgewiesen. Dieser senkt die von einem Akkumulator zur Verfügung gestellte elektrische Spannung im Laufe vieler Lade- und Entladezyklen; die Batterie ist infolgedessen irgendwann nicht mehr benutzbar. Bisher hatte man geglaubt, dass diese nachteiligen Abnutzungserscheinungen bei Lithium-Ionen-Batterien nicht auftreten.

Der Effekt sei allerdings winzig, schreiben die Wissenschafter um Petr Novak in der jüngsten Ausgabe von «Nature Materials»1. Um die Leistungsfähigkeit der Akkus in Mobiltelefonen und elektrischen Zahnbürsten braucht man sich von daher keine Sorgen zu machen.

Anders könnte es bei den in Hybridautos und Elektroautos eingesetzten Akkus aussehen. Diese sind auf eine besonders lange Lebensdauer und viele tausend Ladezyklen hin ausgelegt; dementsprechend fallen auch kleine Effekte eher ins Gewicht.

Der Memory-Effekt beruht auf mikroskopischen Umstrukturierungen im Elektrodenmaterial einer Batterie. Zu diesen kommt es etwa in Nickel-Cadmium-Akkus, wenn der Akkumulator nach einer unvollständigen Entladung vorzeitig wieder aufgeladen wird. In den nicht entladenen Bereichen bilden sich dann Kristalle; die darin gespeicherte Ladung steht dann bei weiteren Entladevorgängen nicht mehr zur Verfügung. Die Batterie hat sich gewissermassen «gemerkt», wie viel Ladung tatsächlich in Anspruch genommen wurde – daher auch der Name «Memory-Effekt».

Auch bei den Lithium-Ionen-Akkus kamen die Villiger Forscher Veränderungen auf mikroskopischer Ebene auf die Schliche, die von unvollständigen Ladezyklen verursacht werden. Das Elektrodenmaterial, das beim Lithium-Ionen-Akku aus feinen Partikeln besteht, ist nach einer solchen unvollständigen Beladung nicht mehr gleichmässig mit Lithiumionen versorgt. Stattdessen liegen teils Lithium-arme, teils Lithium-reiche Partikel vor. Sie verhalten sich bei der anschliessenden Entladung des Akkus unterschiedlich, was wiederum zu dem unerwünschten Memory-Effekt führt.

Unter bestimmten Bedingungen sei der neu beobachtete Memory-Effekt reversibel, schreiben die Forscher, die die Studie zusammen mit Wissenschaftern der Toyota Central R&D Labs in Nagakute, Japan, durchgeführt haben. Mit einem daraufhin angepassten Batteriemanagement könne man mögliche Nachteile für die Elektromobilität also ausräumen.

1 Nature Materials, Online-Veröffentlichung vom 14. April 2013.

Quelle: NZZ, 18.4.2013

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