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Füllung einer Lithium-Ionen-Zelle unter Vakuum: Die Benetzung der Elektrode (dunkler Bereich) schreitet von allen Seiten gleichmäßig voran. Links: nach 33 Min, rechts nach 41 Min. Nach ca. 50 Min. ist die Elektrode vollständig benetzt.
Wolfgang Weydanz / Bosch / TUM 

Füllung einer Lithium-Ionen-Zelle unter Vakuum: Die Benetzung der Elektrode (dunkler Bereich) schreitet von allen Seiten gleichmäßig voran. Links: nach 33 Min, rechts nach 41 Min. Nach ca. 50 Min. ist die Elektrode vollständig benetzt.

Entwickler von Bosch und Wissenschaftler der Technischen Universität München (TUM) arbeiten an Verfahren, die es ermöglichen sollen, Lithium-Ionen-Batterien schneller zu befüllen, was wiederum den Herstellungsprozess beschleunigen würde. Offenbar ist den Forschern mithilfe von Neutronen ein Durchbruch gelungen.

Wie die TUM mitteilt, ist das Befüllen der Lithium-Ionen-Zellen mit Elektrolytflüssigkeit einer der zeitlich aufwändigsten Prozesse in der Batterieherstellung. Das Befüllen selbst dauere zwar nur wenige Sekunden, allerdings müssten die Batteriehersteller häufig mehrere Stunden lang warten, um sicher zu gehen, dass die Flüssigkeit vollständig in die Poren des Elektrodenstapels eingesogen ist.

Im Vakuum geht's schneller

Die Kooperationspartners haben Neutronen eingesetzt, um das Befüllen einer Lithium-Ionen-Batterie für Hybridautos mit Elektrolytflüssigkeit zu analysieren. Neutronen eignen sich dafür gut, da sie vom Metallgehäuse des Akkus kaum absorbiert werden und die Prozesse im Inneren der Akkus somit sehr gut verfolgt werden können. Dabei zeigte sich, dass unter Vakuum die Elektroden doppelt so schnell benetzt werden wie unter Normaldruck.

Die Befüllung im Vakuum ist an sich nicht neu, allerdings gab es bisher offenbar keine genauen Erkenntnisse darüber, wie viel Zeit nötig ist.

„Um sicher zu gehen, dass auch wirklich alle Poren der Elektrode mit Elektrolyt gefüllt sind, planen die Hersteller eine lange Sicherheitsmarge ein“, so Bosch-Entwickler Dr. Wolfgang Weydanz. „Das kostet Zeit und Geld.“

Mittels der Neutronenradiografie- und Tomografieanlage ANTARES der Forschungs-Neutronenquelle FRM II in Garching konnten die Wissenschaftler beobachten, dass im Vakuum bereits nach gut 50 Minuten die gesamte Elektrode benetzt ist und sich die Flüssigkeit in der Batteriezelle von allen vier Seiten aus gleichmäßig von außen zur Mitte hin ausgebreitet hat. Unter Normaldruck dauert dieser Vorgang rund 100 Minuten und es wird weniger Elektrolytflüssigkeit aufgenommen.

Die Forschungsergebnisse können im Journal of Power Sources vom 15 März 2018 nachgelesen werden.

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