Ultraschall sorgt für höhere Lebensdauer und kürzere Ladezeiten bei Lithium-Batterien

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Forscher in den USA haben eine neue Methode erfunden, um Lithium-Metall-Batterien und Lithium-Ionen-Batterien schneller aufzuladen. Sie setzten Ultraschall ein, um die Ladezeit auf 10 Minuten zu verkürzen. Bei den Lithium-Metall-Batterien verlängerte die Methode auch die Lebensdauer, das bisher größte Hindernis für diesen Batterietyp.

Lithium-Metall-Batterien sind noch nicht robust genug

Lithium-Metall-Batterien gelten als vielversprechend, um irgendwann E-Autos mit Strom zu versorgen. Ihre Kapazität ist etwa doppelt so hoch wie die von Lithium-Ionen-Batterien, die heute in Elektrofahrzeugen und in elektronischen Geräten stecken. Das bedeutet, dass ein Elektroauto mit einem Lithium-Metall-Akku an Bord doppelt so weit fahren kann. Ein Hindernis dafür war bisher die recht kurze Lebensdauer von Lithium-Metall-Batterien.

Ultraschall verhindert Dendritenbildung

Forscher an der University of California in San Diego haben nun Lithium-Metall-Batterien mit einem winzigen Ultraschallgerät ausgestattet. Dieses ist nur einen Bruchteil so groß wie eine amerikanische Centmünze und sendet permanent Ultraschallwellen aus.

Dadurch entsteht in der Elektrolytflüssigkeit, die sich zwischen Kathode und Anode befindet, ein zirkulierender Strom. Dieser verhindert, dass sich beim Laden sogenannte Dendriten an der Anode bilden. Die Anode, der Pluspol der Batterie, besteht aus metallischem Lithium, einem sehr reaktionsfreudigen Material. Dendriten sind spitze Kristallstrukturen, die normalerweise der Grund für Leistungsverlust von Lithium-Batterien sind. Sie können schlimmstenfalls sogar zu Kurzschlüssen führen. Je schneller die Batterie geladen wird, desto schneller bilden sich auch Dendriten.

Ladezeit auf 10 Minuten verkürzt

Mit dem Ultraschallgerät schaffte die Lithium-Metall-Batterie im Labor in San Diego über 250 Zyklen. Eine ebenfalls mit dem Gerät ausgestattete Lithium-Ionen-Batterie hielt sogar über 2.000 Zyklen durch. Außerdem verkürzte sich die Ladezeit erheblich: Bei jedem Zyklus konnten die Batterien innerhalb von zehn Minuten wieder auf 100 Prozent aufgeladen werden. Heute dauert es selbst an Schnellladesäulen mindestens 30 Minuten, um ein E-Auto mit Lithium-Ionen-Akku wieder auf 80 Prozent zu laden. An den meisten Ladepunkten sind es sogar mehrere Stunden.

Die Forscher arbeiten jetzt daran, ihr Ultraschallgerät in kommerzielle Lithium-Ionen-Batterien zu integrieren. Das Gerät besteht aus handelsüblichen Smartphone-Komponenten und erzeugt Ultraschallwellen im Frequenzbereich von 100 Millionen bis 10 Milliarden Hertz.

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