Festkörperbatterie: Chinesische Forscher erreichen hohe Stabilität der Lithium-Metall-Anode bei niedrigem Druck

Festkörperbatterien gelten als potenziell sicherer und leistungsfähiger als herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien. Ein zentrales Problem bei herkömmlichen Festkörperbatterien ist jedoch der instabile Kontakt zwischen der Lithium-Metall-Anode und dem Festelektrolyten. Durch mikroskopische Risse und Poren auf der Elektrodenoberfläche verlieren diese Batterien schnell an Leistung, was ihre Lebensdauer und Sicherheit beeinträchtigt. Bisherige Ansätze, den Kontakt zu stabilisieren, erforderten den Einsatz von externem Druck, wodurch die Batterien für den Einsatz in tragbaren Geräten zu groß und zu schwer wurden.

Die Lösung: Iodidionen als Schlüsseltechnologie

Das Forschungsteam der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS), der Huazhong-Universität für Wissenschaft und Technologie sowie des Ningbo-Instituts für Materialtechnologie hat nun eine innovative Lösung entwickelt. Sie fügten Iodidionen in den Festelektrolyten ein, die unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes während des Betriebs der Batterie zur Elektrodenoberfläche wandern. Dort bilden sie eine iodidreiche Grenzfläche, die Mikrorisse und Poren automatisch schließt, wodurch der Kontakt zwischen Elektrode und Elektrolyt stabil bleibt. Dieser Selbstheilungsprozess soll Leistungsabfälle verhindern und für eine erheblich verlängerte Lebensdauer der Batterie sorgen. Laut den Ergebnissen, die in der Fachzeitschrift Nature Sustainability veröffentlicht wurden, zeigt die Technologie vielversprechende Ergebnisse.

Die Prototyp-Batterien, die auf dieser Technologie basieren, haben in Tests mit Hunderten von Lade- und Entladezyklen stabile und außergewöhnlich gute Leistungen gezeigt. Laut den Forschern könnte diese Technologie die Energiedichte von Festkörperbatterien auf mehr als 500 Wattstunden pro Kilogramm steigern. Diese Verbesserung würde nicht nur die Lebensdauer von Elektrogeräten und Fahrzeugen verlängern, sondern könnte auch die Entwicklung von Anwendungen in Bereichen wie humanoiden Robotern, Elektrofahrzeugen und der elektrischen Luftfahrt vorantreiben.

Trotz der vielversprechenden Fortschritte bleibt abzuwarten, wie die Technologie unter realen Bedingungen und in großem Maßstab funktioniert. Die Skalierbarkeit und Langzeitstabilität der Technologie müssen weiter untersucht werden, um ihre Praxistauglichkeit zu bestätigen. Sollte sich die Technologie jedoch in der Praxis bewähren, könnte sie die Grundlage für eine neue Generation leistungsstarker und sicherer Energiespeichertechnologien bieten.