Lithium-Isotope als „Fingerabdruck“ der Batteriealterung: BAM maß die Trennung von Lithium-6 und Lithium-7 in Elektroden mit tiefenaufgelöster Massenspektrometrie
Die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) beschrieb am 9. September 2026 ein Verfahren, die Alterung von Lithium-Ionen-Zellen anhand der Verteilung der Isotope Lithium-6 und Lithium-7 in den Elektroden zu diagnostizieren. In zyklisierten Zellen reichert sich Lithium-6 an der Anode an, die Kathode an Lithium-7; die Isotopenspuren hängen mit dem Kapazitätsverlust zusammen.
- Untersucht wurden Zellen mit einer Kathode aus Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt-Oxid (NMC) und einer Graphitanode. Laut BAM sammelte sich Lithium-6 schon nach den ersten Ladezyklen bevorzugt an der Anode; nach weiteren 280 Zyklen verstärkte sich der Effekt, die Kathode wies deutlich erhöhte Lithium-7-Gehalte auf und die Kapazität der Zellen sank.
- Möglich wurde die Messung durch eine hochauflösende Massenspektrometrie, mit der sich die Isotopenverteilung schichtweise über die gesamte Tiefe der Elektroden bestimmen ließ. Laut Kurzfassung des Preprints auf ChemRxiv handelte es sich um tiefenaufgelöste Glimmentladungs-Massenspektrometrie (GD-MS) des ⁷Li/⁶Li-Verhältnisses in Elektroden von NMC111||Graphit-Knopfzellen in definierten Lebenszyklusstadien.
- Nach dieser Kurzfassung weisen neue Elektroden ein einheitliches Isotopenverhältnis auf, während der Trennungsgrad in zyklisierten Elektroden von der Laderate abhing; die Isotopensignaturen korrelierten mit dem Kapazitätsschwund. Die Autorinnen und Autoren sehen in der Kartierung von Lithium-Isotopen ein empfindliches Werkzeug, um Elektrodendegradation und die Entwicklung der Grenzschichten zwischen Elektrode und Elektrolyt zu verfolgen.
- Die Arbeit entstand in Zusammenarbeit mit Nu Instruments Ltd. (Vereinigtes Königreich) und dem Leibniz-Institut IFW Dresden und erschien in ACS Energy Letters (Bd. 11, S. 2851–2857, 2026). Laut BAM ließe sich Alterung künftig früher verfolgen, bevor sie sich als Kapazitätsverlust zeigt.