Optimales Spannungsfenster entdeckt: Münsteraner Forschende steigern Leistung und Lebensdauer von Lithium-Ionen-Batterien

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Münster – Ein Team von Forschenden des MEET Batterieforschungszentrums der Universität Münster ist ein entscheidender Beitrag zur Weiterentwicklung und Kostenreduktion von Lithium-Ionen-Batterien gelungen. Im Fokus der Forschung steht der Formationsprozess von Lithium-Ionen-Batterien - der erste kontrollierte Lade- und Entladeprozess im Batterie-Herstellungsprozess.

In ihrer jüngsten Studie haben die MEET-Forschenden das optimale Spannungsfenster für den Formationsprozess von Batteriezellen identifiziert, das sowohl die Leistung als auch die Lebensdauer der Batterien signifikant verbessern könnte. Während dieses Prozesses wird die wichtige Grenzschicht zwischen Elektrode und Elektrolyt gebildet und die Eigenschaften der Batterie werden in diesem Stadium maßgeblich beeinflusst.

Batterie-Formationsprozess: Schmales Spannungsfenster für bessere Performanz und längere Lebensdauer
Um die Eigenschaften der Batterie zu verbessern, die während des Formationsprozesses entscheidend beeinflusst werden, haben sich die MEET-Forschenden auf das Spannungsfenster für den ersten Lade- und Entladevorgang konzentriert. Die Forschenden verwendeten Zellen mit nickel-reichen Mangan-Kobalt-Oxidkathoden (NMC811) und verschiedenen Anodenkombinationen, darunter reine Grafitanoden und solche, die mit Siliziumoxid (SiOx) angereichert sind. Sie untersuchten den Einfluss von Mikrozyklen – also sehr kurzen und häufigen Lade- und Entladevorgängen – in Kombination mit unterschiedlichen Spannungsfenstern während des Formationsprozesses.

„Wir haben ein schmales Spannungsfenster zwischen 3,0 und 3,5 Volt identifiziert, dass zu einer verbesserten Performanz der von uns untersuchten Batteriezellen führt“, sagt Dr. Philip Niehoff, stellvertretender Bereichsleiter des Forschungsbereichs „System Zelle“ am MEET Batterieforschungszentrum. Durch die Identifikation dieses Bereichs können Hersteller nun eine präzisere Steuerung des Formationsprozesses erreichen, was zu leistungsstärkeren und langlebigeren Batterien führt.

Wirtschaftliche Vorteile für die Batterieproduktion
Ein weiterer bemerkenswerter Aspekt der Forschung ist die Möglichkeit, durch die Wahl des optimalen Spannungsfensters nicht nur die Performance der Batterien zu steigern, sondern auch Produktionskosten zu senken. „Die Wahl des optimalen Spannungsfensters trägt außerdem dazu bei, die Kosten in der Batteriezellproduktion zu senken“, erklärt Niehoff, weiter. „Auch das ist ein wichtiger Schritt, um die Attraktivität der Technologie weiter zu steigern.“

Die Ergebnisse dieser Studie bieten nicht nur neue Erkenntnisse über den Formationsprozess von Lithium-Ionen-Batterien, sondern eröffnen auch neue Perspektiven für die Entwicklung effizienter, leistungsfähiger und langlebiger Zellen. Die Erkenntnisse könnten dazu beitragen, die Technologie weiter zu optimieren, was wiederum sowohl die wirtschaftliche Wettbewerbsfähigkeit der Batteriehersteller stärkt als auch die Nachhaltigkeit der Batterietechnologie fördert.

Die vollständigen Ergebnisse dieser Studie sind im „Journal of the Electrochemical Society“ veröffentlicht und stehen dort den Forschenden und der Industrie zur Verfügung.