Memory-Effekt Auch Lithium-Ionen-Akkus haben ein Gedächtnis

Der Memory-Effekt war bisher nur bei Nickel-Cadmium- oder Nickel-Metallhydrid-Akkus bekannt. Forscher aus der Schweiz und Japan haben diesen Effekt jetzt auch bei Lithium-Ionen-Akkus nachgewiesen.

Der Memory-Effekt trat besonders intensiv bei früheren Nickel-Cadmium-Akkus auf. Wird der Akku nicht vollständig entladen, liefert er beim nächsten Entladevorgang nicht mehr die vollständige Leistung. Durch weitere unvollständige Ladezyklen vergrößert sich dieser Effekt. Der Grund dafür ist, dass die Entladung des Akkus dann beendet wird, wenn seine Spannung einen bestimmten Wert unterschreitet. Das passiert in der Regel dann, wenn nicht mehr genügend Ladung vorhanden ist, um die benötigte Spannung aufrecht zu halten.

Durch den Memory-Effekt bricht die Spannung bereits ein, obwohl noch genügend Ladung vorhanden wäre. Und zwar an dem Punkt, an dem vorher nicht vollständig entladen wurde. Der Akku scheint sich also zu merken, bis zu welchem Punkt er beansprucht wurde und liefert beim nächsten Mal eine geringere Leistung als möglich wäre. Die genauen Gründe für dieses Verhalten liegen in chemischen Vorgängen innerhalb der Akkus.

Es handelt sich allerdings nicht um einen dauerhaften Effekt, da er durch vollständiges Entladen und Laden wieder ausgeglichen werden kann. Dazu kommt, dass der Effekt bei heutigen NiCd-Akku- oder NiMH-Akkus nur noch sehr gering ausfällt.

Forscher am Schweizer Paul Scherrer Instituts PSI und des Toyota-Forschungslabors in Japan haben diesen Effekt nun erstmals bei Lithium-Ionen-Akkus nachgewiesen, genauer bei Lithium-Eisenphosphat-Akkus (LiFePo). Bisher war man davon ausgegangen, dass Lithium-Ionen-Akkus gar keinen Memory-Effekt haben.

Einem der beteiligten Forscher zufolge hatte das einen einfachen Grund: »Uns ist keine Studie bekannt, bei der man gezielt einen Memory-Effekt bei Lithiumionen-Batterien gesucht hätte. Man hat bisher einfach angenommen, dass kein solcher Effekt auftritt«, so Prof. Petr Novák, Leiter der Sektion für elektrochemische Energiespeicherung am PSI.

LiFePo-Akkus liefern über einen langen Zeitraum eine stabile Spannung und haben somit eine sehr flache Lade-/Entladekurve, bei der es kaum Abweichungen gibt. Daher bezeichnen die Forscher den entdeckten Memory-Effekt als »folgenreich« für diesen Akkutyp, da bereits kleine anomale Abweichungen dieser Spannung als Veränderung des Ladezustands interpretiert werden kann.

Besonders ungünstige wäre das beim Einsatz von LiFePo-Zellen in Elektro- oder Hybridfahrzeugen, bei denen die Akkus meistens nur partiell entladen werden, etwa wenn der Verbrennungsmotor vom Elektromotor bei der Beschleunigung unterstützt wird.

Die durch den Memory-Effekt ausgelöste Spannungsänderung ist allerdings sehr gering, es sind nur wenige Promille. Darüber hinaus haben die Forscher herausgefunden, dass sich der Memory-Effekt während einer bestimmten Wartezeit zwischen partiellem Laden und vollständigem Entladen des Akkus auslöschen lässt. Mit dieser Erkenntnis ließen sich dann beispielsweise Batteriemanagement-Systeme entwickeln, die diesen Effekt mit einbeziehen.

Die genauen Ergebnisse haben die Forscher in der Zeitschrift »Nature Materials« veröffentlicht.