In einer Welt, in der wiederaufladbare Akkus eine zentrale Rolle bei der Energieversorgung unserer Alltagstechnologien spielen, von Smartphones bis hin zu Elektrofahrzeugen, werfen kältere Umgebungen eine Reihe von Herausforderungen auf. Wesley Chang, Assistenzprofessor für Maschinenbau und Mechanik an der Drexel University, teilt seine Erkenntnisse über die Funktionsweise von Lithium-Ionen-Akkus und warum sie in der Kälte an Leistung verlieren können.
Hinter dem Lithium-Ionen-Akku
Die Funktionsweise von Batterien beruht auf der Speicherung elektrischer Energie in Form von Ionen, welche Atome mit einem nicht neutralen Ladungszustand sind. Beim Anschließen an eine Stromquelle bewegen sich diese Ionen von der positiven zur negativen Elektrode der Batterie, was einen Stromfluss ermöglicht, der unsere Geräte antreibt. Im Gegensatz zu Einwegbatterien können Lithium-Ionen-Akkus tausende Male auf- und entladen werden, wobei sie eine signifikant höhere Ladungsmenge speichern.
Trotz ihrer Effizienz und Wiederverwendbarkeit sind Lithium-Ionen-Akkus nicht ohne Risiken. Ihre Tendenz, bei kaltem Wetter langsamer zu reagieren oder sogar Feuer zu fangen, stellt ein wachsendes Sicherheitsrisiko dar. Die Zahl der gemeldeten Brände von Elektrofahrradakkus in New York City ist beispielsweise innerhalb von fünf Jahren von 30 auf fast 300 gestiegen.
Der Einfluss der Kälte
In kalten Umgebungen fließen die Elektrolytflüssigkeiten in den Batterien langsamer, was die Bewegung der Lithium-Ionen hemmt. Diese Verlangsamung kann dazu führen, dass sich Lithium-Metall auf der Oberfläche der Elektroden ablagert, anstatt korrekt in sie einzudringen, was das Risiko eines internen Kurzschlusses und damit eines Batteriebrands erhöht.
Forschung für sicherere Akkus
Changs Forschungsgruppe und andere widmen sich der Entwicklung von Batterien, die auch bei niedrigen Temperaturen effizient funktionieren. Ansätze wie der Austausch des üblichen Elektrolyts gegen eines, das bei Kälte nicht eindickt, oder das Vorheizen des Akkupacks vor dem Laden, sind vielversprechende Lösungen. Darüber hinaus untersucht Changs Team neben Lithium-Ionen-Akkus auch neue Akkutypen, darunter Natrium-Ionen-Akkus und Feststoffakkus, welche als sicherer gelten, da sie nicht entflammbar sind. Diese Forschungen zielen darauf ab, die Akkutechnologie sicherer und effizienter zu gestalten, um den wachsenden Markt und die Abhängigkeit von wiederaufladbaren Batterien zu unterstützen.
Fazit
Die Forschung an Lithium-Ionen-Akkus und alternativen Technologien spielt eine entscheidende Rolle, um die Sicherheit und Effizienz unserer täglich genutzten Technologien zu gewährleisten. Indem wir die Herausforderungen verstehen, die kalte Temperaturen darstellen, und innovative Lösungen entwickeln, können wir die Zuverlässigkeit dieser lebenswichtigen Energiequellen weiter verbessern.