Forscher am Argonne National Laboratory des US-Energieministeriums (DOE) haben eine Reihe innovativer Methoden zur Bewertung der Langzeitalterung von realen Batteriezellen entwickelt und demonstriert. Die zerstörungsfreie, nicht-invasive Technik nutzt das Phänomen der kernmagnetischen Resonanz (NMR), das üblicherweise in der medizinischen Bildgebung eingesetzt wird. Damit kann bis ins kleinste Detail nachverfolgt werden, wie sich die Chemie handelsüblicher Pouch-Batteriezellen im Laufe der Betriebsjahre entwickelt.
Die Anwendung von NMR auf Batterien war laut einem beteiligten Forscher bisher begrenzt. Aber mit den leistungsstarken neuen Möglichkeiten sei zu hoffen, dass sie zum Standard für Forscher und Hersteller werden, die die langfristige Entwicklung ihrer Batterien untersuchen wollen, ohne sie zu öffnen.
Die Forschenden haben mit der Methode die Veränderung der chemischen Umgebung der Lithiumatome in Siliziumanodenzellen beobachtet, während sie geladen und entladen wurden und dann sieben Monate lang ruhen konnten.
Anhand dieser Informationen konnten sie feststellen, wo sich die Lithiumatome befinden, wie sie mit anderen Atomen interagieren, wie viele Lithiumatome an diesen Interaktionen beteiligt sind und ob es zu einer Verschlechterung kommt.
Ein wesentlicher Vorteil der NMR-Spektroskopie besteht darin, dass sie sehr empfindlich auf das Verhalten leichter Elemente wie Lithium, Silizium, Kohlenstoff und Wasserstoff reagiert, die mit anderen Charakterisierungsmethoden nur schwer zu erfassen sind.
Die neuen NMR-Methoden sind daher nicht auf Batterien mit Siliziumanoden beschränkt. Sie lassen sich problemlos auf andere aufkommende Batterietechnologien wie Natrium-Ionen- und Festkörperbatterien anwenden. Sie können auch die Alterung in anderen Batteriekomponenten wie Kathoden und Elektrolyten untersuchen. (jr)
