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Standortvorteil: Innovation

Batteriefertiger befinden sich im technologischen Wettlauf

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Festkörperbatterie-Chance mit Argyrodit

Im Mittelpunkt der PSI-Studie steht der Argyrodit-Typ Li₆PS₅Cl (LPSCl), ein Festelektrolyt, der sich aus Lithium, Phosphor und Schwefel zusammensetzt. Das Mineral weist eine hohe Lithium-Ionen-Leitfähigkeit auf. Diese ermöglicht einen schnellen Ionentransport innerhalb der Batterie – eine wesentliche Voraussetzung für hohe Leistung und effiziente Ladeprozesse. Das macht Argyrodit-basierte Elektrolyte zu vielversprechenden Kandidaten für Festkörperbatterien. Bisher scheiterte die Umsetzung jedoch daran, das Material ausreichend zu verdichten, sodass keine Hohlräume entstehen, in die die Lithium-Dendriten eindringen könnten. Um Argyrodit zu einem homogenen Elektrolyten zu verdichten, bezogen El Kazzi und sein Team den Faktor Temperatur zwar mit ein, allerdings auf behutsamere Weise. Anstelle des klassischen Sinterverfahrens wählten sie nämlich einen schonenderen Ansatz, bei dem das Mineral bei mäßigem Druck und einer moderaten Temperatur von nur etwa 80 °C gepresst wurde.

Sanftes Sintern und Lithiumfluorit helfen

Dieses sanfte Sintern führte zum Erfolg, denn die moderate Wärme und der ausgeübte Druck sorgten dafür, dass sich die Partikel wie gewünscht anordneten – ohne die chemische Stabilität des Materials zu verändern. Die Partikel im Mineral gingen enge Bindungen miteinander ein. Poröse Stellen wurden kompakter und kleine Hohlräume schlossen sich. Das Ergebnis ist eine kompakte, dichte Mikrostruktur, die gegen das Eindringen von Lithium-Dendriten gewappnet ist. In dieser Form ist der Festelektrolyt bereits bestens für einen schnellen Transport von Lithium-Ionen geeignet. Die sanfte Sinterung allein reichte jedoch nicht aus. Denn um auch bei hohen Stromdichten, wie sie beim schnellen Laden und Entladen auftreten, zuverlässig zu funktionieren, musste die Festkörperzelle weiter modifiziert werden. Zu diesem Zweck wurde eine 65 Nanometer dünne Beschichtung aus Lithiumfluorid (LiF) unter Vakuum verdampft und gleichmäßig als ultradünner Film auf die Lithium-Oberfläche aufgetragen. Sie dient dabei nun als Passivierungsschicht an der Grenzfläche zwischen Anode und Festelektrolyt.

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