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Standortvorteil: Innovation

Batteriefertiger befinden sich im technologischen Wettlauf

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Festkörperbatterien geraten nicht in Brand

In der Batteriefertigung gibt es aber auch noch viele weitere Herausforderungen. So können beispielsweise die Elektrolyte in Lithium-Ionen-Batterien bekanntlich in Brand geraten, was gefährlich werden kann. Sie bestehen aus brennbaren, organischen Carbonaten wie Ethylen- oder Methylcarbonat. Eine Alternative können Festkörperbatterien sein, weil sie keine brennbaren flüssigen Elektrolyte benötigen und deshalb grundsätzlich sicherer als herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien sind. Elektrolyte sind aber zentrale Bauteile in wiederaufladbaren Batterien, weil sie den Ionenfluss zwischen Anode und Kathode aufrechterhalten. Im Gegensatz zu klassischen Lithium Ionen-Batterien besitzen Festkörperbatterien aber einen festen Elektrolyten. Das macht sie gleich doppelt überlegen: Einerseits enthalten sie keine brennbaren, flüssigen Komponenten, sodass sie deutlich sicherer sind. Andererseits versprechen Festkörperbatterien mit dünnem Lithium-Metall als Anode höhere Energiedichten. Damit könnten Elektroautos künftig deutlich größere Reichweiten erzielen.

Zwei Effekte stören bei Festkörperbatterien

Allerdings gibt es zwei zentrale Probleme, die der Marktreife im Weg stehen: Einerseits ist die Bildung von Lithium-Dendriten an der Anode nach wie vor ein kritischer Punkt. Dabei handelt es sich um winzige, nadelartige Metallstrukturen, die den ionenleitenden Festelektrolyten zwischen den Elektroden durchdringen, sich in Richtung Kathode ausbreiten und letztlich interne Kurzschlüsse verursachen. Andererseits besteht eine elektrochemische Instabilität an der Grenzfläche zwischen der Lithium-Metall-Anode und dem Festelektrolyten. Dieses beeinträchtigt die langfristige Leistung und Zuverlässigkeit der Batterie. Um diese beiden Hindernisse zu überwinden, hat das Team um Mario El Kazzi, Leiter der Gruppe „Batteriematerialien und Diagnose” am Paul Scherrer Institut (PSI), ein neues Fertigungsverfahren entwickelt. „Wir haben zwei Ansätze kombiniert, die gemeinsam sowohl den Elektrolyten verdichten als auch die Grenzfläche zum Lithium stabilisieren”, erklärt der Wissenschaftler dazu. Über ihre Ergebnisse berichtet das Team im Wissenschaftsjournal Advanced Science.

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