Bei jedem Lade- und Entladevorgang von Lithium-Ionen-Akkus lagern sich Lithium-Ionen in den Elektroden der Zelle ein, wie in den Poren eines Schwamms. Mit der Zeit kommt es allerdings zu Brüchen und Rissen an den filigranen Strukturen. Die Folge: Immer mehr Lithium-Ionen passen nicht mehr in die Hohlstellen des „Schwamms“, sie sammeln sich stattdessen in Haufen um die Elektroden an und behindern die Bewegung anderer Ionen. Das macht Lithium-Batterien besonders anfällig für Alterungsprozesse.
Die Haufenbildungen zeigen dabei charakteristische Muster, denn Lithium kommt in der Natur in zwei unterschiedlichen Isotopen vor. „Wir wissen inzwischen, dass die Verteilung der Lithium-Isotope in einer Zelle direkt mit ihrem Alterszustand zusammenhängt“, sagt Carlos Abad, Chemiker an der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM). Er und seine Kollegin Dalia Morcillo haben diese Verteilung mittels Spektralanalyse genauer untersucht. Dabei werden Lithium-Ionen mit Licht angeregt, das sie unterschiedlich stark absorbieren.
„Die Bilder dieser Isotopenspektren sind mit bloßem Auge kaum zu unterscheiden“, erklärt Morcillo. „Sie gleichen einander wie die Gesichter von Zwillingen.“ Das brachte das Team auf die Idee, für die Auswertung Algorithmen aus der Gesichtserkennung zu nutzen. Sie haben so ein Verfahren gefunden, mit dem man die Isotopenverteilung in einer Zelle rasch bestimmen kann.
„Im nächsten Schritt wollen wir Unternehmen, die Lithium-Batterien produzieren, eine schnelle und kostengünstige Methode zur Verfügung stellen, um das Alterungsverhalten ihrer Akkus schon im Labor bewerten zu können“, sag Abad. „Damit soll es in Zukunft möglich sein, Batterien langlebiger und letztlich auch nachhaltiger zu machen.“
