Forscher der Technischen Universität München (TUM) haben eigenen Angaben zufolge erstmals die Lithium-Verteilung einer Batterie während des kompletten Lade- und Entladeprozesses am Materialforschungsdiffraktometer "Stress-Spec" beobachtet. Die am hochauflösenden Pulverdiffraktometer "SPODI" überprüften Messergebnisse sollen dabei helfen, Ladevorgänge zu optimieren.
Beim Laden wandern die Lithium-Ionen von der positiv geladenen Anode zur negativ geladenen Kathode, beim Entladen in die andere Richtung. In den nun durchgeführten Untersuchungen konnten die Forschenden beobachten, dass sich die Verteilung des Lithiums beim Laden und Entladen ständig verändert.
"Ist das Lithium ungleich verteilt, funktioniert in Bereichen der Batterie, in denen zu viel oder zu wenig Lithium vorhanden ist, der Austausch von Lithium zwischen Anode und Kathode nicht zu hundert Prozent. Eine gleichmäßige Verteilung steigert dagegen die Leistungsfähigkeit", erklärt TUM-Forscher Anatoliy Senyshyn.
Den Experten ist es gelungen, die ungleiche Verteilung von Lithium in einer Batterie mit sehr hoher Auflösung festzuhalten: Um die gesamte Batterie zu erfassen, haben die Forscher ein winziges Teilvolumen nach dem anderen untersucht und setzten diese Einzelmessungen dann zu einem grossen Bild zusammen.
Mithilfe des Deutschen Elektronen-Synchrotron "DESY" der Helmholtz-Gemeinschaft und der European Synchrotron Radiation Facility war es möglich, Teilvolumina mit Abmessungen im Mikrometerbereich zu wählen. Dadurch erkannten die Forscher, dass nicht nur entlang der Elektrodenschichten, sondern auch senkrecht zu den Schichten das Lithium ungleich verteilt ist.
