Unter Vakuum können Elektroden von Lithium-Ionen-Akkus doppelt so schnell mit Elektrolytflüssigkeit benetzt werden wie unter Normaldruck. Zu diesem Ergebnis kamen Entwickler von Bosch sowie Wissenschaftler der Technischen Universität München (TUM) und der Universität Erlangen-Nürnberg mit Hilfe der Neutronenradiografie- und Tomografieanlage Antares der Forschungs-Neutronenquelle FRM II in Garching. Da Neutronen vom Metallgehäuse des Akkus kaum absorbiert werden, eignen sie sich den Forschern zufolge sehr gut zur Analyse von Prozessen im Inneren der Akkus.
Hintergrund der Analyse ist, dass nach dem Einbau der Elektroden in die Batteriezelle das Befüllen der Lithium-Ionen-Zellen mit Elektrolytflüssigkeit einer der kritischsten und zeitlich aufwändigsten Prozesse in der Batterieherstellung ist. Während das Befüllen selbst nur wenige Sekunden dauert, warten Batteriehersteller oft mehrere Stunden lang, um sicher zu gehen, dass die Flüssigkeit vollständig in die Poren des Elektrodenstapels eingesogen ist.
Bereits heute befüllen viele Hersteller die leeren Lithium-Ionen-Zellen im Vakuum. Indirekt wird der Prozess mit Widerstandsmessungen verfolgt. „Um sicher zu gehen, dass auch wirklich alle Poren der Elektrode mit Elektrolyt gefüllt sind, planen die Hersteller eine lange Sicherheitsmarge ein“, sagt Bosch-Entwickler Wolfgang Weydanz. „Das kostet Zeit und Geld.“
Im Licht der Neutronen sahen die Wissenschaftler, dass im Vakuum bereits nach gut 50 Minuten die gesamte Elektrode benetzt ist. Unter Normaldruck dauert dies rund 100 Minuten. Die Flüssigkeit breitet sich dabei in der Batteriezelle von allen vier Seiten aus gleichmäßig von außen zur Mitte hin aus. Darüber hinaus nimmt die Elektrode unter Normaldruck zehn Prozent weniger Elektrolytflüssigkeit auf. Schuld daran sind Gase, die die Benetzung mit Flüssigkeit behindern, was die Wissenschaftler mit Hilfe der Neutronen erstmalig zeigen konnten.