Lebensdauer von Akkus verdoppeln: Teilchenbeschleuniger liefert verbessertes Ladeprotokoll

Soll noch jemand sagen, dass Teilchenbeschleuniger keine Auswirkungen auf das tägliche Leben hätten. Experimente an den Synchrotronen BESSY II und PETRA III des Helmholtz-Zentrums Berlin könnten großen Einfluss auf alle unsere mobilen Geräte haben - natürlich auch auf Elektroauto, E-Bikes und mehr.

In den beiden Anlagen ließ sich beim Laden ein Blick auf die Anoden und Kathoden normaler Lithium-Ionen-Akkus werfen. Genauer gesagt, ging es um Alterungsprozesse auf molekularer Ebene, die bei jedem Ladevorgang den allgemeinen Zustand aufladbarer Batterien Stück für Stück verschlechtern. Genutzt wurden dafür Raman- und Röntgenspektroskopie, um anhand der Streuung von Licht- und Röntgenstrahlen einzelnen Moleküle zu erkennen.

In verschiedenen Testreihen wurden kommerziell genutzte Akkus entweder mit einer gleichbleibenden Leistung geladen oder mit gepulsten Stromstößen. Weil der Blick in das Innere der Batterie dank Teilchenbeschleuniger freigegeben war, ließ sich die Alterung bereits nach kurzer Zeit nachvollziehen.

Statt Kapazitäten zu messen und zu vergleichen, konnten winzige Brüche in der Struktur der Zellen sowie Ablagerungen an der Anode direkt beobachtet werden. Im Gegensatz zu den Ladevorgängen mit gleichbleibender Leistung zeigten sich bei geändertem Ladeprotokoll signifikant weniger Verschlechterungen im Inneren der Akkus.

Den größten Einfluss hat laut Studie die gewählte Frequenz. Ein hochfrequentes Laden mit rechteckförmigem Strom, also kurzen Strompulsen, verdoppelte die Anzahl der Ladezyklen, bis die Gesamtkapazität auf 80 Prozent der Ausgangsleistung sank.

Sicherlich müssten Ladegeräte angepasst werden und auch die Ladezeiten könnten sich verlängern. Andererseits bietet diese simple Umstellung von Ladevorgängen die Möglichkeit, bestehende und in großer Zahl produzierte Batterietechnik doppelt so lange zu nutzen.

Dann bleibt der Notebook-Akku statt vier oder fünf Jahren vielleicht 10 Jahre einsetzbar. Zudem ließe sich die Technik mit hoher Wahrscheinlichkeit auch auf die Batterien in Elektroautos übertragen. Deren Lebensdauer wird bei zahlreichen Hersteller mit mindestens 150.000 Kilometern angegeben. Auch dieser Wert ließe sich dann noch einmal deutlich erhöhen.