当锂离子电池充电过快时，金属锂沉积在阳极上。这会降低电池容量和使用寿命，甚至会破坏电池。科学家们现在已经提出了一个有史以来第一次允许直接研究这种所谓的锂电镀工艺。这为快速充电策略提供了新的策略。
当锂离子电池充电过快时，金属锂沉积在阳极上。这会降低电池容量和使用寿命，甚至会损坏电池。慕尼黑工业大学和FürschungszentrumJülich的科学家们现在已经提出了一个有史以来第一次允许直接调查这个所谓的锂电镀工艺。这为快速充电策略提供了新的策略。
锂电镀，在锂离子电池的阳极处沉积金属锂是限制充电电流的主要因素之一。这些金属沉积物的电池性能受到很大的影响。在极端情况下，这可能导致短路甚至电池着火的危险。
当给电池充电时，带正电的锂离子通过液体电解质并沉积在多孔石墨阳极中。然而，电流越大，温度越低，锂离子将不会如期望的那样沉积在电极内，而是作为外表面上的固体金属层沉积的可能性越大。
间接证据不符合目标
尽管这种现象基本上是众所周知的，但很多方面仍然笼罩在神秘的面纱之中。到目前为止，不可能直接观察锂电镀如何以及在何种情况下发生。Jülich能源与气候研究所的Josef Granwehr博士解释说：“使用传统的显微镜方法，事实上我们只能观察电池，因为它需要切开。在这个过程中，扭曲结果的进一步反应成为不可避免的。”
即使高度发展的过程，如中子散射，也只允许间接分析。使问题变得复杂的是，研究堆和大型粒子加速器的可用测量槽缺乏。这使得这些工具比单调乏味，实用的测试系列更适合基础调查。
电子显示的方式
另一方面，科学杂志《今日材料》中介绍的电子顺磁共振（EPR）光谱学过程可以很容易地整合到实验室程序中 - 只需要适度的投资。该方法类似于已知的核磁共振（NMR）光谱学，尽管集中在电子自旋而不是原子核。
Granwehr解释说：“电子被放置在外部施加的静态磁场中。样品中的不成对电子使用微波“发出”。在磁场中，这些激发电子翻转，这可以通过相关的微波辐射强度下降来测量。EPR可区分嵌入在石墨阳极中的金属锂和锂。
测试单元是关键
主要作者Johannes Wandt博士解释说：“使用EPR检测锂电镀的关键是构建符合EPR光谱学要求的测试电池，同时显示出良好的电化学性能。几何形状也很重要，精确的测量结果取决于样品暴露在磁场中，而不是不可避免地存在的电场。”
为了确保这一点，Wandt在TUM技术电化学主席Hubert A. Gasteiger教授组成的博士候选人中开发了一个棒状电池，可以直接以定量的精确度形成金属锂。
快速充电的正确策略
Rüdiger-A说：“使用这一工艺，现在是第一次有可能以与所有应用相关的不同方式研究锂电镀及相关工艺。尤里克能源与气候研究所所长Eichel说。
Rüdiger-A解释说：“一个例子就是安全的同时快速充电协议的发展。我们的工艺可以确定锂电镀前的最大充电电流，以及确定其他边界条件，如温度和电极几何形状的影响。”
除此之外，该方法非常适合作为各种电池材料的测试程序，例如开发抑制锂电镀的新型外加剂。
该研究由德国联邦教育和研究部在ExZellTUM II项目和巴伐利亚州经济事务和媒体，能源和技术部的EEBatt项目范围内资助。EEBatt项目是慕尼黑工程学院（MSE）协调的“TUM.Energy”优先项目的一部分。
