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Batterien: Warum Akkus auf Dauer versagen

Schon wieder ist der Akku leer und muss das Gerät aufgeladen werden. Schuld daran ist der spezielle Aufbau der Elektroden.

Akkus haben nur eine begrenzte Lebensdauer – diese Binsenweisheit kennt jeder Handy- oder Notebooknutzer. Im Detail ist allerdings noch nicht verstanden, was die wiederaufladbaren Batterien auf Dauer ruiniert und damit die Suche nach langlebigeren Energieversorgern erschwert. Reza Shahbazian-Yassar von der Michigan Technological University und seine Kollegen blickten daher mit einem Transmissionselektronenmikroskop ins Innere von Lithiumakkumulatoren, um auf atomarer Ebene die Veränderungen beobachten zu können. Demnach verändert sich die zuvor relativ "ordentlich" geschichtete Struktur des Elektrodenmaterials – das in diesem Fall aus Zinkantimonid bestand –, sobald sich ein Lithiumion zum Ladungsaustausch hindurchbewegt. "Die Kristalle dehnen sich örtlich aus und ziehen sich an anderer Stelle zusammen, während sich die Lithiumionen ihren Weg bahnen", so Shahbazian-Yassar.

Gestresstes Elektrodenmaterial | Während sich Ionen ihren Weg durch die Elektrode bahnen, bringen sie deren ursprünglich ordentliche Schichtung durcheinander: Sie dehnen das Material an der einen Stelle und pressen es anderer Stelle zusammen (eingefärbte Elektronenmikroskopaufnahme einer Elektrode aus Zinkantimonid).

Das belastet das Material allerdings langfristig stark und sorgt für Phasenübergänge, was letztlich die Elektroden zerstört. Prinzipiell betreffe dieser Prozess alle geschichteten Elektroden, weshalb alle entsprechend ausgestatteten Batterien nur eine begrenzte Lebenszeit haben, so der Physiker. Immerhin bietet diese Erkenntnis nun aber einen Ansatzpunkt, um leistungsfähigere Akkus herzustellen.

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