Lithium-Ionen-Batterien

Klebestreifen tragen zur Selbstentladung bei

3. Februar 2023, 10:43 Uhr | Ralf Higgelke

Lithium-Ionen-Batterien entladen sich, selbst wenn sie nicht in Gebrauch sind. Dafür wurden schon die verschiedensten Theorien aufgestellt. Forschende der Dalhousie University in Kanada haben nun einen verblüffend einfachen Grund gefunden: die Klebestreifen aus PET in den Batteriezellen.

Die Selbstentladung von Lithium-Ionen-Batterien frustriert Nutzer und Industrie gleichermaßen und stellt die Hersteller vor ein Rätsel. Denn sie versuchen herauszufinden, warum die Batteriezellen über die Zeit einen Teil ihrer Ladung verlieren. Forschende der Dalhousie University haben eine überraschend häufige Ursache identifiziert.

»In handelsüblichen Batteriezellen halten Klebebänder die Elektroden zusammen. Allerdings zersetzt sich dieses Klebeband chemisch. Dabei entsteht ein Molekül, das zur Selbstentladung beiträgt", erklärt Dr. Michael Metzger, Assistenzprofessor und Inhaber des Herzberg-Dahn-Lehrstuhls an der Fakultät für Physik und Atmosphärenwissenschaften.

Elektrolyt verfärbte sich

Im Rahmen ihrer Forschung öffneten Dr. Metzger und sein Team mehrere Zellen, nachdem sie diese unterschiedlichen Temperaturen ausgesetzt hatten. Dabei stellten sie fest, dass der flüssige Elektrolyt in der Zelle leuchtend rot war. Das hatten sie noch nie gesehen.

So begannen sie, dem nachzugehen, indem sie Zellen mit gewöhnlicher Elektrolytlösung in Öfen mit vier verschiedenen Temperaturen legten. Bei +25 °C blieb diese klar, während sich die Proben bei +55 °C leicht bräunlich und bei +70 °C blutrot färbten. Anschließend analysierten sie die chemische Zusammensetzung der Elektrolyte.

Dabei stellten sie fest, dass sich das PET (Polyethylenterephthalat) im Klebeband zersetzt hatte und dabei ein Molekül namens Dimethyl-Terephthalat (DMT) entstand, das zur Selbstentladung beiträgt. Ein solches Molekül heißt Redox-Shuttle, weil es zur positiven Seite der Elektrode, dann zur negativen Seite und dann zurück zur positiven Seite wandern kann. Es pendelt also zwischen den Elektroden hin und her und ruft so die Selbstentladung hervor. Allerdings geschieht dies die ganze Zeit im Verborgenen, also auch dann, wenn die Batterie also einfach nur herumliegt.

»Niemand hatte diese inaktiven Komponenten in der Batteriezelle auf dem Schirm. Dabei müssen wir sie unbedingt berücksichtigen, wenn wir die Nebeneffekte in der Batteriezelle reduzieren wollen«, sagt Metzger über den Klebestreifen aus PET, einem stabilen, leichten Kunststoff, der häufig für Verpackungen und Limonadenflaschen verwendet wird. Diese Ergebnisse könnten zu einer Lösung führen, bei der das PET-Band durch ein stabileres Material ersetzt wird, das sich nicht zersetzt.

»Es ist eine kommerziell relevante Entdeckung. Zwar ist es eine kleine Sache, aber sie kann definitiv helfen, Batteriezellen zu verbessern«, so Metzger abschließend.

Originalpublikationen

S. Büchele, et al., Reversible Self-discharge of LFP/Graphite and NMC811/Graphite Cells Originating from Redox Shuttle Generation, 2023 J. Electrochem. Soc. 170 010518, DOI: 10.1149/1945-7111/acb10c

S. Büchele, et al, Identification of Redox Shuttle Generated in LFP/Graphite and NMC811/Graphite Cells, 2023 J. Electrochem. Soc. 170 010511, DOI: 10.1149/1945-7111/acaf44

In der vorigen Version dieses Artikels wurde Tesafilm im Sinne eines Gattungsbegriffs verwendet. Das haben wir geändert. Die Klebestreifen tesafilm der Marke tesa bestehen aus einem Polypropylen-Träger (PP) und enthalten kein Polyethylenterephthalat (PET). Außerdem wird tesafilm nicht für das Verkleben von Batteriezellen verwendet, sodass tesafilm nicht zur Selbstentladung von Lithium-Ionen-Batterien beiträgt. Außerdem sind keine Industrieklebebänder auf PET-Basis der Marke tesa mit den Elektroden und den Elektrolyten innerhalb von Lithium-Ionen-Batterien im Einsatz.