Um Fortschritte zu erzielen bei der Entwicklung neuer Batterien ist es wichtig einen Blick auf die aktuellen Technologien zu werfen. Toyota hat weltweit die erste Methode entwickelt, mit der das Verhalten von Lithium-Ionen beim Laden und Entladen von Lithium-Ionen-Batterien in Echtzeit beobachtet werden kann.
Hierdurch erhofft sich das Unternehmen, dass die Leistungsfähigkeit und Haltbarkeit der Batterien deutlich verbessert werden kann. Auf lange Sicht möchte man höhere Kapazität und eine längere Batterielebensdauer erreichen, was zu einer Erhöhung der Reichweite bei Plug-in-Hybridfahrzeugen und Elektrofahrzeugen führt.
Funktionsweise der Lithium-Ionen-Batterie im Detail
Bei den Lade- und Entladevorgängen von Lithium-Ionen-Batterien kommt es zu einer bislang ungeklärten Ablenkung der Bewegungswege der Lithium-Ionen. Diese Abweichungen führen dazu, dass die Maximal- aber auch die Dauerleistung der Batterien begrenzt werden.
„Lithium-Ionen-Batterien nutzen ein Metalloxid in der Kathode, ein Karbonmaterial in der Anode und einen organischen Elektrolyt. Beim Aufladen der Batterie fließen die Lithium-Ionen im Elektrolyt von der Kathode zur Anode, beim Entladen ist es genau umgekehrt. Dadurch entsteht ein elektrischer Stromfluss. Die Beweglichkeit der Lithium-Ionen spielt also eine wesentliche Rolle bei der Funktion der Batterie.“
Mit den bislang existierenden Methoden war eine Untersuchung dieser Abläufe nicht möglich. Dies ändert sich mit der neuen Beobachtungsmethode, die Toyota Central R&D Labs gemeinsam mit Nippon Soken und vier Universitäten entwickelt hat. Die Beobachtungsmethoden nutzen einerseits hochintensive Röntgenstrahlen, welche rund eine Milliarde Mal stärker sind als die von einem normalen Röntgengerät, und andererseits einen neuen Elektrolyten mit schweren Elementen anstelle der phosphorhaltigen Ionen. Diese Kombination aus stärkeren Röntgenstrahlen und besser sichtbaren Ionen sorgt dafür, dass sich das Verhalten der Lithium-Ionen im Elektrolyt nun in Echtzeit beobachten lässt.
Toyota wird diese Beobachtungsmethode nun nutzen, um das Verhalten innerhalb der Batterie zu untersuchen und die daraus gewonnenen Erkenntnisse genau zu analysieren. Auf Grundlage dieser Erkenntnisse können so künftig Materialien und Strukturen optimiert werden.
Quelle: Toyota AG – Toyota entwickelt neue Analysemethode für Lithium-Ionen-Batterien
