Batterien mit langer Lebensdauer

Die Lithium-Ionen-Batterie hat sich aufgrund ihrer hohen Energie- und Leistungsdichte als Energiespeicher für transportable Elektrogeräte durchgesetzt. Für den Einsatz in Elektro- und Hybridfahrzeugen steht ihre Entwicklung jedoch erst am Anfang: Insbesondere die Leistungsdichte muss noch weiter optimiert und auf das sehr dynamische Lastprofil in einem elektrischen Fahrzeug abgestimmt werden.

Stand der Technik

Der flüssige Elektrolyt spielt als Transportmedium, in dem die Lithium-Ionen zwischen Anode und Kathode innerhalb der Batterie fließen können, eine wichtige Rolle. Jedoch sind die Materialien in allen gängigen Hochenergiebatterien für die Automobilindustrie so beschaffen, dass der flüssige Elektrolyt die Elektrodenoberfläche nur schlecht benetzt. In teuren und zeitaufwändigen Vakuum- und Warmlagerungsprozessen wird die Flüssigkeit regelrecht in das Material hineingezwungen. Deshalb wird bei der Batterieproduktion bislang viel Zeit und Aufwand darauf verwendet, den Elektrolyten möglichst bis in die kleinste Pore zu ziehen und so die Batterieleistung und -lebensdauer zu maximieren.

Technologie

Durch ein am Institut für Angewandte Materialien (IAM-AWP) entwickeltes Laserverfahren werden gezielt Oberflächenmikrostrukturen in Kathodenmaterialien eingebracht, um damit die Oberfläche des Elektrodenmaterials zu vergrößern. Eine größere Oberfläche bewirkt eine verbesserte Aufnahme und Abgabe von Lithium-Ionen pro Zeiteinheit. Dadurch lassen sich Batterien schneller auf- und entladen.

Vorteile

Mit dem Verfahren stellen die Wissenschaftler des KIT die Elektrodenoberfläche so ein, dass der flüssige Elektrolyt äußerst schnell und homogen in das poröse Batteriematerial hineintransportiert wird. Im Vergleich zu unbehandelten, kommerziellen Elektroden benetzt der Elektrolyt die modifizierten Elektroden bereits nach zehn Sekunden zu 80 Prozent. Dies führt zu deutlich verbesserten Leistungsdaten der damit hergestellten Batterien. Mit der neuartigen Elektrodenmodifikation gelingt es, den maschinellen Aufwand und die Produktionszeiten für die Befüllung von Lithium-Ionen-Zellen mit Elektrolyt signifikant zu reduzieren.

Optionen für Unternehmen

Das KIT sucht Partner zum industriellen Einsatz.