Warum reduzieren Lithiumbatterien für Elektrofahrzeuge die Kapazität, wenn sie verwendet werden?

Der alte Mann von nebenan, der vorgestern über seine eigene Elektroautobatterie sprach, fragte mich sehr verwirrt, warum die Lithiumbatterie für Elektroautos die Kapazität bei der Verwendung verringern werde. Ich denke, viele Leute wissen über dieses Problem Bescheid, aber speziell warum Vielleicht wird nicht jeder klar sein. Kürzlich entdeckte die US Energy Agency die Ursache für die "Alterung" der Batterie: Kristalle in Nanogröße.

Die Forscher untersuchten sorgfältig die Materialien moderner Batterieanoden und Kathoden. Sie fanden heraus, dass diese Materialien während des Gebrauchs direkt korrodierten, aber der Korrosionsmechanismus war nicht klar. Das Brook Haven National Laboratory Team beobachtete hochwertige Nickel-Sauerstoff-Kathoden mittels Transmissionselektronenmikroskopie und zeichnete sie in wiederholten Änderungen während des Ladens und Entladens auf. Das Experiment zeigt, dass Lithiumionen beim Durchgang durch Anode und Kathode im Ionenkanal "einrasten" und mit Nickel oxidieren.

Die Materie reagiert und produziert winzige Kristalle. Diese Kristalle verändern die Struktur innerhalb der Batterie und verhindern, dass andere Ionen effizient reagieren, wodurch die verfügbare Batteriekapazität verringert wird. Überraschenderweise ist eine solche Schwäche zufällig und es gibt überhaupt kein Gesetz. Der Grund, warum die Lithiumbatterie nicht perfekt ist, ist, dass die Komponenten der Batterie nicht perfekt sind. Egal wie sehr wir auf die Struktur der Anode und der Kathode achten, winzige Schäden führen zu Kristallen. Wie beim Kochen von Wasser erleichtern Behälter mit unebenen Oberflächen dem heißen Wasser die Bildung von Blasen. Man kann sagen, dass Nanokristalle erzeugt werden, solange das Batteriematerial eine Lücke aufweist.

Die US Energy Agency hat außerdem eine zweite Studie gestartet, um die Auswirkungen der Ladegeschwindigkeit auf die Batteriekapazität zu untersuchen. Sie stellten fest, dass moderne Batterien immer kleiner werden, was wiederum die Batterielebensdauer verkürzt. Je größer der akku, desto schneller die Ladegeschwindigkeit und desto langsamer die Bildung von Nanokristallen.

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