Forscher haben festgestellt, dass Mangan zu Fehlern in Batterien führen kann, die die Lebensdauer von Elektrofahrzeugen verkürzen können.

EV Engineering News

Veröffentlicht am 23. August 2026 von Nicole Willing & unter der Kategorie Newswire, The Tech.

Obwohl kobaltfreie, hochnickelhaltige Kathodenbatterien wie mit Mangan überzogene Nickelkernbatterien als mögliche Lösung gelten, um die Fahrstrecke von Elektrofahrzeugen zu erhöhen und gleichzeitig die Abhängigkeit von teuren, strategisch wichtigen Mineralien zu verringern, deuten Forschungen darauf hin, dass die Exposition von Vorstufenmaterialien der Luft subtile chemische Veränderungen verursachen kann, die später eine beschleunigte Alterung der Batterien bewirken.

Eine Studie an der Hanyang-Universität in Südkorea ergab, dass die Exposition von Vorstufenmaterialien für Batterien der Luft die Chemie des Mangans verändert, wodurch reaktive Oberflächenfehler entstehen, die den Zerfall des Elektrolyten beschleunigen und die Lebensdauer dieser Batterien der nächsten Generation erheblich verkürzen können.

Laut dem von Professor Jin Ho Bang sowie der Doktorandin JinHa Shim geleiteten Forschungsteam kann eine Anpassung des Lithiumgehalts während der Synthese diese Defekte reduzieren und die Stabilität wiederherstellen, wodurch Hersteller langlebigere, hochenergetische Batterien für zukünftige Elektrofahrzeuge entwickeln können.

Die Ergebnisse der Studie wurden in Band 19, Ausgabe 12 der Zeitschrift Energy and Environmental Science veröffentlicht.

Das Team stellte fest, dass Mangan unter bestimmten Herstellungsbedingungen unerwartet zu einer Quelle für Instabilität werden kann. Der Lagern von Vorstufenmaterialien in luftexponierten Bereichen führt zur Oxidation des Mangans an der Partikeloberfläche, was wiederum zur Entstehung fehlerhafter Bereiche führt, die mit „Jahn-Teller-verzerrten“ Manganverbindungen angereichert sind. Diese verzerrten Oberflächen werden äußerst reaktiv, was zur Zersetzung des Elektrolyten, zur Auflösung von Übergangsmetallen sowie zu schädlichen Reaktionen mit dem Graphit-Anode führt. Dieser verborgene Defekt kann bei langandauernden Batteriezykletestungen die Geschwindigkeit des Kapazitätsverfalls in nikkelreichen Batteriesystemen fast verdoppeln.

„Wir haben festgestellt, dass eine manganreiche Schicht, die normalerweise zur Schutz von Hochnickel-Kathoden eingesetzt wird, stattdessen zu einem Katalysator für die Zersetzung werden kann, wenn die Chemie der Vorläuferstoffe nicht sorgfältig kontrolliert wird“, erklärte Professor Bang. „Selbst kleine Abweichungen in der Lagerhistorie der Vorläuferstoffe können die Stabilität der Batterien erheblich beeinträchtigen.“

Um dieses Problem zu überwinden, schlagen die Forscher vor, während der Synthese die Menge an überschüssigem Lithium zu erhöhen, um so die Entstehung einer defekten Oberflächenphase zu unterdrücken und eine stabile Verbindung zwischen Mangan und Sauerstoff wiederherzustellen. Solche modifizierten Kathoden könnten mehr als 90 Prozent ihrer Kapazität beibehalten und dadurch ihre Langzeitausdauer verbessern.

„Unsere Ergebnisse zeigen, dass selbst geringfügige Veränderungen in der Vorgeschichte der Vorläuferstoffe erhebliche Auswirkungen auf die Leistung von Batterien haben können, wodurch die Verwaltung dieser Vorläuferstoffe eine wichtige Überlegung bei der großflächigen Herstellung darstellt“, fügte Professor Bang hinzu. Anstatt teure Beschichtungen oder umfassende Umgestaltungen der Produktionslinien zu erfordern, könnte eine sorgfältige Kontrolle bei der Handhabung der Vorläuferstoffe sowie der Lithium-Stoichiometrie einen vergleichsweise schnellen Weg zu langlebigeren Batterien bieten.

Laut der Forschung könnten diese Verbesserungen letztendlich zu Elektrofahrzeugen mit längerer Akkulaufzeit führen und zudem die Langlebigkeit großer Energiespeichersysteme unterstützen, die in Zukunft für Anwendungen in der Erneuerbaren-Energie-Branche stabile, hochenergetische Batterien benötigen werden.

Quelle: Hanyang University ERICA

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