Verlängerung der Batterielebensdauer durch pulsierendes Laden

Warum das für Pendler und Alltagsfahrer wichtig ist

Schnellladen eines Elektroautos ist praktisch, hat aber einen versteckten Preis: Die Batterie kann schneller altern, was Autos teurer und weniger nachhaltig macht. Diese Studie untersucht eine auf den ersten Blick einfache Idee — Batterien nicht mit gleichmäßigem Strom, sondern in schnellen Ein‑Aus‑Pulsen zu laden — um zu prüfen, ob sich hohe Ladegeschwindigkeiten mit verlangsamter Alterung vereinbaren lassen. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass Puls-Laden die Lebensdauer von Elektrofahrzeugbatterien deutlich verlängern könnte, ohne größere Änderungen an bestehender Hardware zu erfordern.

Schonenderes Laden, ohne Zeit zu verlieren

Lithium-Ionen-Batterien, die Arbeitspferde moderner Elektroautos, verlieren bei jedem Lade‑ und Zyklus langsam an Kapazität. Übliche Labortests laden Zellen meist mit konstantem Strom, während reale Fahrzeuge ständig wechselnde Leistungsanforderungen erleben. Die Forschenden wollten diese Lücke schließen, indem sie systematisch das klassische Konstantstromladen mit verschiedenen pulsierten Ladeprofilen verglichen. In allen Fällen hielten sie die mittlere Ladeleistung gleich, sodass Unterschiede in der Alterung allein aus der Art der Stromzufuhr und nicht aus der eingespeisten Energiemenge resultierten.

Wie die Puls‑Experimente durchgeführt wurden

Das Team testete kommerzielle, energieoptimierte Lithium-Ionen-Zellen in zwei Hauptgruppen. In der einen Gruppe wurden Batterien mit Rechteckpulsen geladen und entladen, die zwischen Null und einem höheren Strom bei Frequenzen zwischen 10 und 1000 Millihertz schalteten (das heißt, ein kompletter Ein‑Aus‑Zyklus dauerte von Sekunden bis Minuten). In der anderen Gruppe nutzten sie höhere mittlere Ströme, wie sie beim Schnellladen relevant sind, und variierten sowohl die Pulsfrequenz als auch den Anteil der Zeit, in der Strom „an“ war (die Duty‑Cycle). Konstantstrom‑Tests bei gleicher mittlerer Leistung dienten als Referenz. Über Hunderte von Zyklen hielten die Forschenden die Alterungstests regelmäßig an, um Kapazität, Innenwiderstand und feine Kennzeichen der Veränderungen in den Elektroden zu messen.

Was die Batterien im Verlauf zeigten

Die Ergebnisse waren eindrücklich. Beim Konstantstromladen nahm die Kapazität schnell ab; in manchen Fällen hielten die Zellen nach 400 Zyklen nur noch etwa 70 % ihrer Anfangskapazität. Wurden die gleichen Zellen mit gut gewählten Pulsmustern geladen, reduzierte sich der Kapazitätsverlust ungefähr um die Hälfte. Bei Pulsfrequenzen über etwa 100 Millihertz hielten viele Batterien nach 400 Zyklen noch nahe 90–97 % ihrer Kapazität. Die genaue Taktung der Pulse war weniger entscheidend als die Dauer, in der Strom pro Zyklus anlag: Niedrigere Duty‑Cycles, bei denen die Batterie häufig kurze Ruhephasen erhielt, führten zu deutlich langsamerer Alterung als höhere Duty‑Cycles, selbst bei identischer mittlerer Leistung.

Ein Blick in den verborgenen Verschleiß der Batterie

Um zu verstehen, warum Pulse halfen, setzten die Forschenden mehrere elektrochemische „Lauscher“ ein, die winzige Änderungen von Spannung und Widerstand beim Zyklisieren interpretieren. Diese Analysen deuteten auf die negative Elektrode — die grafitbasierte Seite, die beim Laden Lithium aufnimmt — als Hauptproblemzone hin. Bei Konstantstrom oder sehr niederfrequenten Pulsen wurden Merkmale stärker, die mit Oberflächenfilmen und der Bildung von Lithiummetall zusammenhängen. Diese Veränderungen erhöhen den Widerstand und fangen aktives Lithium dauerhaft ein, beides reduziert die nutzbare Kapazität. Im Gegensatz dazu zeigten höherfrequente Pulsladung deutlich geringere Zunahmen des Oberflächenwiderstands und weniger Auseinanderdriften im Verhalten der beiden Elektroden, was mit milderer Schädigung und reduziertem Lithium‑Plating übereinstimmt.

Folgen für zukünftige Elektrofahrzeuge

Aus Fahrersicht ist das vielversprechende Ergebnis, dass die Vorteile nicht von exotischen Materialien oder futuristischen Ladestationen abhängen. Die vorteilhaften Pulsfrequenzen liegen im Bereich dessen, was die vorhandene Leistungselektronik in Fahrzeugen und Ladesäulen prinzipiell liefern und per Software realisieren könnte. Indem man den Strom in schnelle Stöße mit kurzen Pausen formt — insbesondere bei moderaten Duty‑Cycles — könnten Hersteller die Ladezeiten ähnlich halten und gleichzeitig die Batterielebensdauer deutlich verlängern. Kurz gesagt zeigt diese Studie, dass die Art, wie wir Energie in eine Batterie einspeisen, genauso wichtig sein kann wie die Menge, und dass ein staccatoartiger Lade Rhythmus dazu beitragen kann, Elektroautobatterien länger gesund zu halten.

Zitation: Frenander, K., Jutsell Nilsson, D. & Thiringer, T. Extending battery lifetime by pulsed charging. npj Clean Energy 2, 4 (2026). https://doi.org/10.1038/s44406-025-00013-5

Schlüsselwörter: Lithium-Ionen-Batterien, Puls-Laden, Elektrofahrzeuge, Batteriedegradation, Schnellladen