Batterieforscher finden möglichen Grund für Selbstentladung

Die von Tesla finanzierten Batterieforscher der Dalhousie University rund um Jeff Dahn haben einen verblüffend simplen Grund entdeckt, weshalb sich Lithium-Ionen-Akkus mit der Zeit selbst entladen – selbst wenn sie nicht in Gebrauch sind. Allerdings dürfte es sich dabei nur um einen von zahlreichen Effekten handeln, der nicht bei allen Batterie-Typen gleich verbreitet ist.

Die Batterieforscher rund um Jeff Dahn werden bekanntlich von Tesla finanziert und arbeiten daher neben der allgemeinen Batterieforschung rund um die Zellchemie und die Dauer-Haltbarkeit auch an spezifischeren Themen für den Geldgeber – etwa an Rundzellen, wie Tesla sie in den meisten seiner Modelle einsetzt.

Für dieses Zellformat ist auch die jüngste Entdeckung zur Selbstentladung relevant. Die aufgerollten Elektroden dieser Batterien werden mit einfachem PET-Klebeband zusammengehalten. Bei höheren Temperaturen in der Batterie wird dieser Kunststoff zu Dimethyl-Terephthalat (DMT) zersetzt – und dieses Molekül wirkt wie ein „elektrochemisches Shuttle“, das die Batterie entlädt. Die Erkenntnis könnte zu einer Lösung führen, bei der das PET-Band möglicherweise durch ein stabileres Material ersetzt wird, das sich nicht zersetzt.

DMT fungiert hier als sogenanntes Redox-Molekül: Es reduziert sich an der Kathode des Akkus (der „Red“-Teil der Bezeichnung) und nimmt dabei ein Elektron auf. An der Anode oxidiert das Molekül (der „Ox“-Teil) und gibt dabei das Elektron wieder ab. „Für jedes Elektron, das auf diese Weise von der negativen zur positiven Elektrode transportiert wird, bewegt sich auch ein Lithium-Ion dorthin und verursacht so die Selbstentladung“, sagt Sebastian Buechele von der Dalhousie University.

In zahlreichen Testreihen mit NMC-Akkus stellten die Forschenden fest, dass sich der eigentlich farblose Elektrolyt bei Temperaturen von mehr als 25 Grad zunehmend verfärbte – je wärmer es wurde, desto dunkler wurde die Flüssigkeit. Je dunkler – von gelblich über orange bis hin zu dunkelrot – der Elektrolyt wurde, desto häufiger konnte die aktive Redox-Reaktion nachgewiesen werden. Über eine Massenspektrometrie konnte dann das DMT als potenzielles Redox-Shuttle ausgemacht werden, wie Buechele erklärt.

DMT ist ein Bestandteil des extrem weit verbreiteten Kunststoffs PET – der in den untersuchten Batteriezellen nur in Form des Klebebands vorkam. „Das hätten wir nie erwartet, weil niemand auf diese inaktiven Komponenten achtet“, sagt Seniorautor Michael Metzger von der Dalhousie University. „Aber es ist die chemische Zersetzung dieses Klebebands, die das Redox-Shuttle-Molekül erzeugt.“ Er spricht von einer „kommerziell bedeutsamen Entdeckung“, da nun dieses Problem mit einem anderen Material behoben werden kann.

Nur: Nicht in jedem Zellformat werden die Elektroden aufgerollt und dann mit einem PET-haltigen Klebeband fixiert. Bei Pouchzellen oder prismatischen Zellen ist das nicht zwingend der Fall. Wie Metzger angibt, sei das Team bereits in Kontakt mit Akkuherstellern, um über diese kleine, aber effektive Änderung zu informieren.
dal.ca, scinexx.de, elektroniknet.de