Lithium-Ionen-Akkus: Neues Modell des MIT soll Entwicklung voranbringen
Das MIT hat die Interaktion von Lithium-Ionen mit den Elektroden untersucht und dadurch ein neues, besseres Modell entwickelt. Das soll dabei helfen, die wichtigsten Eigenschaften von Lithium-Ionen-Akkus weiter zu verbessern.
Die Entwicklung zahlreicher technischer Geräte wie Smartphones, Notebooks oder E-Autos hängt maßgeblich von den Fortschritten der Batterie-Entwicklung ab. Neue Ansätze versprechen dort zwar immer wieder drastische Verbesserungen, diese blieben bislang aber überwiegend Zukunftsmusik. Stattdessen kommen weiterhin überwiegend Lithium-Ionen-Akkus zum Einsatz, an deren Optimierung laufend gearbeitet wird. Einen möglichen Baustein für die weitere Verbesserung lieferte dabei jüngst das MIT: Dort wurde ein neues Modell zur Beschreibung des Lade- und Entladeprozesses entwickelt.
Besseres Verständnis
Bislang ging man davon aus, dass sich das Einfügen und Ablösen von Lithium-Ionen an den Elektroden mit der Butler-Volmer-Gleichung beschreiben lässt. Praktische Messungen wichen aber oft von der Theorie ab. Deshalb wurde der zugrunde liegende Prozess beim MIT nun näher untersucht. Demnach wird das (Ent-)Laden von Lithium-Ionen-Akkus nicht allein durch die Bewegung der Lithium-Ionen limitiert, sondern durch einen gleichzeitigen Elektronentransport. Daher soll sich der Vorgang besser mit einem Modell namens "coupled ion-electron transfer" - gekoppelter Ionen-Elektronen-Transfer - beschreiben lassen. Das hat das MIT angeblich in Messungen mit über 50 Materialkombinationen von Elektrolyten und Elektroden verifiziert.
Das neue Verständnis der Funktionsweise von Lithium-Ionen-Akkus soll dabei helfen können, den (Ent-)Ladeprozess zu beschleunigen und möglicherweise auch die Energiedichte sowie die Lebensdauer zu erhöhen. Passend dazu konnten die Forscher die Verbesserungen durch verschiedene Materialanpassungen mit dem Modell vorhersagen. Möglicherweise gelingt es damit bald also tatsächlich, die Eigenschaften entsprechender Zellen weiter zu verbessern.
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Wie groß die so erreichbaren Verbesserungen sind, bleibt allerdings noch unklar. Drastische Sprünge darf man wohl nicht erwarten. Wie so oft in der Akku-Entwicklung dürfte das neue Modell stattdessen nur ein weiterer Schritt sein, der im besten Fall zu einer allmählichen Verbesserung der Akkutechnik führen wird. Ein großer Durchbruch mit drastisch verbesserten Eigenschaften wäre zwar wünschenswert, er lässt aber zumindest vorerst noch auf sich warten.
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