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Lithium-Ionen-Akkus

Gesichtserkennungs-Algorithmen zur Alterungsbestimmung

14. April 2022, 9:04 Uhr | Irina Hübner

Auf der Elektrode einer Batterie lagern sich Lithium-Isotope auf charakteristische Weise ab. Mit Gesichtserkennungssoftware lässt sich der Alterungszustand der Batterie bestimmen.

Die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) hat ein Verfahren entwickelt, das Algorithmen aus der Gesichtserkennung nutzt, um die Alterung von Li-Ionen-Batterien zu ermitteln. Die Methode soll helfen, langlebige, sichere Batterien herzustellen und deren Umweltbilanz zu verbessern.

Lithium-Batterien sind besonders anfällig für Alterungsprozesse. Bei jedem Lade- und Entladevorgang in einer elektrischen Batterie lagern sich Lithium-Ionen in den Elektroden der Zelle wie in den Poren eines Schwamms ein. Mit der Zeit kommt es jedoch zu Brüchen und Rissen an den filigranen Strukturen. Die Folge: Immer mehr Lithium-Ionen passen nicht mehr in die Hohlstellen des »Schwamms«, sie sammeln sich stattdessen in Haufen um die Elektroden an und behindern die Bewegung anderer Ionen. Die Leistungsfähigkeit des Akkus sinkt.

Die Haufenbildungen zeigen dabei charakteristische Muster: Denn Lithium kommt in der Natur in zwei unterschiedlichen Isotopen vor. »Wir wissen inzwischen, dass die Verteilung der Lithium-Isotope in einer Zelle direkt mit ihrem Alterszustand zusammenhängt«, erklärt Carlos Abad, Leiter des Projekts. Der Chemiker und seine Kollegin Dalia Morcillo haben diese Verteilung mittels Spektralanalyse genauer analysiert.

Dabei werden Lithium-Ionen mit Licht angeregt, das sie unterschiedlich stark absorbieren. »Die Bilder dieser Isotopenspektren sind mit bloßem Auge kaum zu unterscheiden«, erklärt Dalia Morcillo. »Sie gleichen einander wie die Gesichter von Zwillingen.«

Das brachte das Team auf die Idee, für die Auswertung Algorithmen aus der Gesichtserkennung zu nutzen. So haben die Forscher ein Verfahren gefunden, mit dem man die Isotopenverteilung in einer Zelle rasch bestimmen kann.

»Im nächsten Schritt wollen wir Unternehmen, die Lithium-Batterien produzieren, eine schnelle und kostengünstige Methode zur Verfügung stellen, um das Alterungsverhalten ihrer Akkus schon im Labor bewerten zu können«, so Carlos Abad. »Damit soll es in Zukunft möglich sein, Batterien langlebiger und letztlich auch nachhaltiger zu machen.«