Akkus entladen sich im Gebrauch schneller, wenn es kalt ist, liegt am Elektrolyt, das mit sinkenden Temperaturen zäher wird und daher mehr Widerstand entgegenbringt. Nach vielen Ladezyklen bringen Akkus nicht mehr die volle Spannung, das liegt an chemischen Prozessen, die Anode und Kathode sowie das Elektrolyt verschleißen. Interne Kurzschlüsse schließlich sind verantwortlich für allmähliche Selbstentladung. Den Hauptgrund für diese Kurzschlüsse will eine Forschungsgruppe der Dalhousie Universität in Halifax, Kanada, herausgefunden haben.
Wie die Gruppe von Forschenden um Sebastian Schuessler in ihrem Paper erklärt, hat sie PET-Klebeband als ursächlich für das Auftreten von Redox-Shuttlen gemacht. Diese Moleküle reduzieren an der Kathode – nehmen also ein Elektron auf – wandern zur Anode und oxidieren dort wieder unter Abgabe des Elektrons. „Für jedes Elektron, das auf diese Weise von der negativen zur positiven Elektrode transportiert wird, bewegt sich auch ein Lithium-Ion dorthin und verursacht so die Selbstentladung“, erklärt Schuessler – so entlade sich der Akku selbst.
Der Stoff, aus dem die Entladung kommt
Die Forschungsgruppe ging der Ursache nach und fanden heraus, dass sich das Elektrolyt in den unterschiedlichsten Akkus von Mobiltelefonen, Elektroautos und Laptops je nach Temperatur verfärbt: ab 25 Grad Celsius zunächst gelblich, dann orange und schließlich bei 70 Grad rot. Das dafür verantwortliche Moleküle laut des Studienergebnisses: Dimethyl-Terephthalat (DMT). Dieses wiederum ist wichtigster Bestandteil von Polyethylen-Terephthalat (PET). Das ist nicht nur der Stoff, aus dem die Plastikflaschen bestehen, sondern kommt eben im Klebeband zum Einsatz, das die einzelnen Zellen und Schichten von handelsüblichen Akkus zusammenhält.
Michael Metzger, Assistant Professor am Department für Physik und Atmosphärenwissenschaft an der Dalhousie Universität und Hauptautor des Papers erklärt: „Das hätten wir nie erwartet, weil niemand auf diese inaktiven Komponenten achtet. Aber es ist die chemische Zersetzung dieses Klebebands, die das Redox-Shuttle-Molekül erzeugt.“
Der Weg zu besseren Akkus wäre damit frei, würde man das Klebeband, das die aufgerollten Schichten eines Akkus zusammenhält, durch ein anderes Material ersetzen, das bei Wärme kein DMT freisetzt. Das Grundproblem von Lithium-Ionen-Akkus und anderen Batterien ist: Die Chemie geschieht an der Oberfläche, für höhere Energiedichten ist es eben notwendig, die geschichteten Akkus aufzurollen. In Zukunft könnte eine Technologie namens SALD (Spatial Atom Layer Deposition) das Problem lösen helfen. Hier geraten Speicherschichten so dünn – etwa ein Atomdurchmesser – dass sie wie in Halbleitern übereinander gestapelt werden können, zusammenrollen und -kleben nicht mehr vonnöten. Diese Technik ist noch nicht marktreif, ein Ersatz für Klebeband lässt sich vermutlich eher finden.
Die im Journal of the Electrochemikal Society veröffentlichte Studie wurde von Tesla finanziert.
Autor: Peter Müller, Stellv. Chefredakteur
Peter Müller ist seit 1998 bei der Macwelt und schreibt über alles, was einen Apfel drauf hat – oder wo Apple drin ist.