Schnelles Aufladen kann die Batterien von Elektroautos in nur 25 Zyklen beschädigen
Das Schnellladen von Elektrobatterien kann ihre Kapazität nach nur 25 Ladungen ruinieren, sagten Forscher, nachdem sie Experimente mit Batterien durchgeführt hatten, die in einigen beliebten Elektroautos verwendet werden.
Hohe Temperaturen und Beständigkeit durch schnelles Laden an kommerziellen Stationen können Risse und Undichtigkeiten verursachen, sagten die Ingenieure der University of California, Riverside.
Das Team lud einen Satz entladener Lithium-Ionen-Batterien mit der gleichen Industrie-Schnelllademethode wie an Autobahnstationen.
Die Forscher luden ein Set auch mit einem neuen Schnellladealgorithmus auf, der auf dem Innenwiderstand der Batterie basiert, der den Elektronenfluss stört. Der Innenwiderstand einer Batterie schwankt je nach Temperatur, Ladezustand, Batteriealter und anderen Faktoren. Ein hoher Innenwiderstand kann beim Laden zu Problemen führen.
Die algorithmische Lademethode – bekannt als Innenwiderstandsladung – ist adaptiv und lernt von der Batterie, indem sie ihren Innenwiderstand während des Ladens überprüft. Es ruht, wenn der Innenwiderstand einsetzt, um einen Verlust der Ladekapazität zu verhindern.
Für die ersten 13 Ladezyklen sollen die Batteriespeicherkapazitäten für beide Ladetechniken ähnlich geblieben sein. Danach ließ die Industrie-Schnellladetechnik die Kapazität jedoch viel schneller nachlassen – nach 40 Ladungen hatten die Akkus nur noch 60 % ihrer Speicherkapazität.
Bei einer Kapazität von 80 % haben wiederaufladbare Lithium-Ionen-Batterien für die meisten Zwecke das Ende ihrer „Nutzungsdauer“ erreicht. Akkus, die mit der Industriemethode geladen wurden, erreichten diesen Punkt nach 25 Ladezyklen, während Akkus, die mit Innenwiderstandsladung geladen wurden, 36 Zyklen lang gut waren.
„Das industrielle Schnellladen beeinflusst die Lebensdauer von Lithium-Ionen-Batterien aufgrund des erhöhten Innenwiderstands der Batterien negativ, was wiederum zu einer Wärmeentwicklung führt“, sagt Doktorand und Co-Autor Tanner Zerrin.
Noch schlimmere Auswirkungen traten nach 60 Ladezyklen mit industriellem Schnellladen auf. Elektroden und Elektrolyte waren der Luft ausgesetzt, was die Brand- oder Explosionsgefahr erhöhte. Hohe Temperaturen von 60 °C beschleunigten den Schaden und das Risiko.
„Kapazitätsverlust, interne chemische und mechanische Schäden und die hohe Hitze bei jeder Batterie sind große Sicherheitsbedenken“, sagte Forscherin Mihri Ozkan.
Die Innenwiderstandsaufladung führte Berichten zufolge zu viel niedrigeren Temperaturen und keiner Beschädigung.
„Unser alternativer, adaptiver Schnellladealgorithmus reduzierte den Kapazitätsverlust und eliminierte Brüche und Veränderungen in der Zusammensetzung der kommerziellen Batteriezellen“, sagte Forscher Cengiz Ozkan.
Die Technik könnte verwendet werden, um die Sicherheit und Lebensdauer von Autobatterien zu verbessern.
Die Forscher haben den Algorithmus zum Patent angemeldet, der von Batterie- und Autoherstellern lizenziert werden könnte. In der Zwischenzeit empfahl das Team, die Verwendung von kommerziellen Schnellladegeräten zu minimieren, das Aufladen vor dem vollständigen Entladen der Batterie zu minimieren und eine Überladung zu vermeiden.
Die Studie wurde in Energy Storage veröffentlicht.