Ein neues Testverfahren soll zur Entwicklung schnellladefähiger Lithium-Ionen-Batterien führen.
Forschungszentrum Jülich / T. Schlößer
Beim Schnellladen kann sich metallisches Lithium bilden, das im schlimmsten Fall zum Kurzschluss führt. Die Wissenschaftler des Forschungszentrums Jülich und der Technischen Universität München (TUM) wollen den Vorgang nun mithilfe des Elektronenspinresonanz-Spektroskopie-Verfahrens (ESR) beobachten. Die Grundlage war die Entwicklung einer stäbchenförmigen Zelle, die kompatibel mit den Anforderungen der ESR-Spektroskopie ist und gleichzeitig gute elektrochemische Eigenschaften aufweist. "Die Elektronen werden dabei in einem von außen angelegten statischen Magnetfeld ausgerichtet", erläutert Dr. Josef Granwehr vom Jülicher Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK-9). Anschließend wird die Probe mit Mikrowellen nach ungepaarten Elektronen "abgeklopft". Diese werden durch Mikrowellen zum Umklappen im Magnetfeld angeregt, was sich anhand der damit verbundenen Schwächung der Mikrowellenstrahlung messen lässt. Dabei ist die ESR in der Lage, zwischen metallischen Lithium-Ablagerungen und in Graphit eingebautem Lithium zu unterscheiden.
Mit dem neuen Verfahren soll es den Forscher nun gelingen, das Lithium-Plating und die dazu gehörigen Prozesse differenziert zu untersuchen, um in Zukunft sicheres und schnelles Laden zu ermöglichen. "Mit unserem Verfahren lässt sich jetzt der maximale Ladestrom bis zum Einsetzen des Lithium-Plating bestimmen sowie weitere Randbedingungen wie die Temperatur und Einfluss der Elektrodengeometrie ermitteln", sagt Rüdiger-A. Eichel, Direktor am Jülicher Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK-9). Auch neue Batteriematerialien sollen erforscht werden, die den Effekt des Lithium-Platings unterdrücken könnten. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift "Materials Today" veröffentlicht.