Lithium-Eisen-Phosphat-Akkus spielen eine zentrale Rolle in der Elektromobilität, in stationären Energiespeichersystemen und in Werkzeugen. Sie sind für ihre lange Lebensdauer bekannt, vergleichsweise kostengünstig und neigen nicht zur Selbstentzündung. Trotzdem bleiben diese Akkus in der Praxis oft hinter ihrer theoretischen Speicherkapazität zurück – teilweise um bis zu 25 Prozent. Dies war bisher ein Rätsel für Experten.
Neue Erkenntnisse durch innovative Untersuchungsmethoden
Forscher der TU Graz haben nun entscheidende Fortschritte gemacht, um dieses Phänomen zu erklären. Mithilfe von Transmissionselektronenmikroskopen konnten sie die Lithium-Ionenbewegung im Akku-Material genau nachverfolgen und deren Verteilung im Kristallgitter der Eisenphosphat-Kathode mit bisher unerreichter Präzision kartieren.
“Unsere Untersuchungen zeigen, dass selbst vollständig geladene Test-Akkuzellen Lithium-Ionen im Kristallgitter der Kathode zurückhalten, anstatt sie zur Anode wandern zu lassen,”
erklärt Daniel Knez vom Institut für Elektronenmikroskopie und Nanoanalyse an der TU Graz. Diese immobilen Ionen führen zu einem Kapazitätsverlust, da sie sich nicht an der Energieübertragung beteiligen.
Die Ionenverteilung in der Kathode ist ungleichmäßig, was zu Verzerrungen und Deformationen im Kristallgitter führt, insbesondere in den Übergangsbereichen. Diese Strukturveränderungen liefern wichtige Hinweise auf physikalische Effekte, die bisher die Effizienz der Akkus beeinträchtigt haben.
Übertragbarkeit der Methoden auf andere Akku-Materialien
Die an der TU Graz entwickelten Untersuchungstechniken sind nicht nur auf Lithium-Eisen-Phosphat beschränkt.
“Die Methoden und Erkenntnisse lassen sich mit geringfügigen Anpassungen auf andere Batteriematerialien übertragen, um auch diese präziser zu charakterisieren und weiterzuentwickeln,”
so Nikola Šimic, Erstautor der Studie und Mitglied des Forschungsteams.
Diese neuen Einsichten könnten entscheidend dazu beitragen, die Kapazität von Lithium-Ionen-Akkus in Zukunft weiter zu steigern und deren Effizienz zu maximieren.
Quelle: https://www.tugraz.at/en/tu-graz/services/news-stories/tu-graz-news/singleview/article/schlummernde-reserve-von-lithium-ionen-akkus-aufgespuert
