Das Geheimnis der Batteriealterung

Akku-Reichweite war schon immer ein Anliegen von Forschern, denn egal wie groß der Akku ist, es macht keinen Sinn, ihn nicht mehrmals aufzuladen. Wir alle wissen, dass Lithiumbatterien die Kapazität während des Gebrauchs verringern, aber niemand kennt den Grund. Kürzlich hat das US-Energieministerium die Ursache der Batteriealterung entdeckt: Nanokristalle.

Forscher haben die Kathodenmaterialien und Kathodenmaterialien moderner Batterien sorgfältig untersucht und festgestellt, dass diese Materialien während des Gebrauchs direkt korrodieren, der Korrosionsmechanismus jedoch noch unklar ist. Das Team des Brookhaven National Laboratory untersuchte hochwertige Nickel-Sauerstoff-Kathoden unter einem Transmissionselektronenmikroskop und zeichnete ihre Veränderungen beim wiederholten Laden und Entladen auf.

Je mehr Sie verwenden, desto weniger verwenden Sie

Experimente haben gezeigt, dass Lithiumionen, wenn sie die positiven und negativen Elektroden passieren, im Ionenkanal stecken bleiben und mit Nickeloxid zu winzigen Kristallen reagieren. Diese Kristalle verändern die interne Struktur der Batterie, sodass andere Ionen nicht effektiv reagieren können, wodurch die nutzbare Kapazität der Batterie verringert wird. Überraschenderweise ist diese Schwäche zufällig und nicht regelmäßig.

Der Grund, warum Lithiumbatterien unvollkommen sind, ist, dass ihre Komponenten unvollkommen sind. Egal wie wir auf den Aufbau von Anode und Kathode achten, es kommt zu leichten Kristallschäden. Genau wie kochendes Wasser führt eine unebene Oberfläche dazu, dass heißes Wasser eher schäumt. Es wird angenommen, dass bei einer Lücke in den Batteriedaten Nanokristalle erscheinen.

Je mehr Sie verwenden, desto weniger verwenden Sie

Pfeil nach links: Lithium-Ionen-Kanal; rechts ist die Atomverlustschicht

Die US-Energiebehörde hat außerdem eine zweite Studie zum Einfluss der Ladegeschwindigkeit auf die Batteriekapazität gestartet. Sie fanden heraus, dass moderne Batterien immer kleiner werden, was wiederum ihre Lebensdauer verkürzt. Je größer die Batterie und je schneller sie geladen wird, desto langsamer ist die Geschwindigkeit der Nanokristallbildung.

Wie können wir also das Auftreten von Nanokristallen stoppen? Lass es wenigstens langsamer werden. Es gibt eine theoretische Lösung. Die Forscher fanden heraus, dass sie durch Atomabscheidung die Lücken in den Batteriedaten schließen können, was die Entwicklung von Nanokristallen zumindest verlangsamen kann. Dies reduziert die Schmerzen, lässt aber zumindest den Akku schrumpfen, ohne an Kapazität einzubüßen. Natürlich untersuchen Forscher auch Möglichkeiten, Kristalle zu brechen und alte Batterien zu regenerieren.

Diese Forschung kann wertvoller sein als die neue Batteriekapazität. Bei Hardware hängt die Lebensdauer des Produkts von der Anzahl der Lade- und Entladevorgänge ab. Da das von vielen Geräten verwendete Stromversorgungssystem nicht abgeschaltet werden kann, kann uns diese Forschung helfen, nicht mehr Sklaven der Macht zu sein.
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