Forscher des japanischen Fahrzeugkonzerns Toyota haben eine neue Möglichkeit entdeckt, um Akkus länger verwendbar zu machen. Ihnen ist es gelungen, Lithium-Ionen-Batterien fit zu spritzen. Während man in der Welt des Profisports darunter üblicherweise eine Injektion gegen Schmerzen versteht, die einem Athleten kurzfristig einen Bewerbsantritt ermöglicht, geht es hier darum, verlorene Kapazität zurückzugewinnen.
Ihre Methode haben die Wissenschafter aus den Toyota Central R&D Labs nicht nur an kleinen Batterien für Laborversuche ausprobiert, sondern auch an größeren Akkus, wie sie üblicherweise in E-Autos verbaut werden. Sie entwickelten dafür verschiedene Wiederherstellungsmittel, die mittels chemischer Reaktionen geladene Teilchen erzeugen sollten, also positiv geladene Lithium-Ionen und negativ geladene Elektronen.
Bis zu 80 Prozent Kapazität wiederherstellbar
Die vielversprechendsten Resultate lieferten verschiedene Mittel basierend auf Lithium-Naphthalinid. In einem Versuch wurde ein Akku mit einer bestätigten Gesamtkapazität von vier Amperestunden (Ah), dessen tatsächliche Kapazität durch Degradierung auf 3,83 Ah gesunken war, per Injektion mit einer Mikropipette behandelt.
Über die folgenden Ladezyklen stieg die bislang stetig abnehmende Kapazität des Akkus immer weiter an und erreichte nach 80 Entladungen und Aufladungen – unterbrochen von "Pausen" mit konstanter Spannungszufuhr – schließlich knapp 3,97 Ah. Weitere Versuche ergaben, dass sich bei weitgehend verbrauchten Batterien bis zu 80 Prozent der Kapazität wiederherstellen lassen und diese auch über 100 Ladezyklen erhalten bleibt.
Allerdings ist das Verfahren nicht auf jeden verbrauchten Lithium-Ionen-Akku anwendbar. Denn während die Frischzellenkur auf chemischer Ebene funktioniert, kann sie keine strukturellen Schäden revidieren. Dazu zählen beispielsweise Dendriten, Gewächse aus Ablagerungen, die die Membran zwischen Anode und Kathode durchstoßen und damit den Akku kurzschließen.
Nicht für alle Akkus, trotzdem vielversprechend
Dementsprechend wäre es bei einem praktischen Einsatz erforderlich, eine ausgelaugte Batterie auf ihre Eignung für eine Lithium-Naphthalinid-Spritze zu prüfen. Ist diese gegeben, so lässt sich die Lebensdauer potenziell mehrfach verlängern, ehe sie dem aufwendigen Entsorgungs- und Recyclingverfahren zugeführt wird. Das ist eine Einschränkung, auf die gegenüber "New Scientist" auch Jacqueline Edge vom Imperial College London hinweist. Sie betont allerdings, dass es jedenfalls nützlich sei, bestimmte abgenützte Akkus wiederherstellen zu können.
Rafael Gómez-Bombarelli vom MIT bewertet die Arbeit der Forscher als "sehr vielversprechend", auch wenn eine Wiederherstellung nicht unendlich oft möglich ist. Toyota hat auf das Verfahren mittlerweile ein Patent angemeldet. Ihre Arbeit haben die Forsche im Journal "Joule" veröffentlicht. (gpi, 13.3.2024)