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Strahlender Enabler Mit dem Laser zur günstigen Industrie-Festkörperbatterie

Quelle: Fraunhofer ILT 8 min Lesedauer

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Forscher von Fraunhofer-Institut für Lasertechnik (ILT) sagen, dass Festkörperbatterien zum Beispiel sicherer und energetisch effizienter sind. Doch noch steckt man in den Forschungsschuhen ...

Was kommt nach der Lithium-Ionen-Zelle? Denn diese kommt physikalisch gesehen, so langsam an ihre Grenzen. Eine Antwort heißt Festkörperzellen (Symbolbild), wie Forscher vom Fraunhofer ILT informieren. Doch die haben ihre Tücken. Per Laser könnten die aber umgangen werden ...(Bild: Fraunhofer ILT)
Was kommt nach der Lithium-Ionen-Zelle? Denn diese kommt physikalisch gesehen, so langsam an ihre Grenzen. Eine Antwort heißt Festkörperzellen (Symbolbild), wie Forscher vom Fraunhofer ILT informieren. Doch die haben ihre Tücken. Per Laser könnten die aber umgangen werden ...
(Bild: Fraunhofer ILT)

Lithium-Ionen-Batterien sind bekanntlich der Standard für elektrische Energiespeicher, die als Energieversorger von Unterhaltungselektronik über Elektromobilität bis hin zu stationären Speichern ihre Einsatzfelder finden. Sie haben in den vergangenen Jahren auch eine beachtliche Entwicklung durchlaufen. Doch die Lithium-Ionen-Technik stoße so langsam an ihre physikalische Grenzen. Die Energiedichte wächst etwa nur noch langsam, die Sicherheit (intrinsische Sicherheit) bleibt wegen der flüssigen Elektrolyte, die austreten können, eingeschränkt und die Abhängigkeit von kritischen Rohstoffen (etwa Nickel, Mangan oder Kobalt) nach wie vor nicht entschärft. Ein weiterer Vorteil ist, dass Festkörperbatterien die Bildung von Lithiumdendriten und damit Kurzschlüsse verhindern. Deshalb rückten Festkörperbatterien in den Fokus, die als nächste Generation elektrochemischer Speicher Chancen versprechen. Zu den Vorteilen gehören eine höhere Energiedichte durch Lithium-Metall-Anoden, eine größere Sicherheit und ein breiteres Temperaturfenster, wegen der festen Elektrolyte. Hinzu kämen weitere Freiheitsgrade in puncto Zellenkonzeption. Doch die industrielle Reife für Festkörperbatterien ist noch nicht erreicht, wie das ILT anmerken muss. Doch das ILT bündelt seine Kompetenzen entlang der gesamten Wertschöpfungskette der Festkörperbatterie. Im Fokus stehen laserbasierte Fertigungsschritte, die sowohl für die Materialentwicklung als auch für die spätere Industrialisierung entscheidend sind.

Namhafte Unternehmen treiben die Festkörperbatterie voran

Zahlreiche Hersteller treiben derzeit aber durchaus die Entwicklung von Festkörperzellen voran. Asiatische Unternehmen wie Toyota, BYD, Samsung SDI und Svolt haben etwa ambitionierte Zeitpläne für Pilotproduktionen ab 2027 veröffentlicht. Und auch europäische Automobilhersteller wie Mercedes-Benz und Stellantis erproben gemeinsam mit Partnern erste „Semi Solid State“-Konzepte, während Nissan in Yokohama bereits eine Pilotfabrik auf die Beine stellt. Diese Aktivitäten zeigen deutlich, dass Festkörperbatterien zunehmend das Labor verlassen und sich dabei der industriellen Umsetzung nähern, heißt es. Aber Materialien wie metallisches Lithium und sulfidhaltige Elektrolyte erforderten neue Prozessstrategien für die Herstellung. Und die Fertigung verlange Investitionen für Areale mit Trocken- oder Inertgasatmosphäre. Dabei kann aber die Lasertechnik einige Hemmnisse aus dem Weg schaffen respektive neue Prozesse bieten. Man denke etwa an das selektive Sintern von Festelektrolyten, an die gezielte Strukturierung von Grenzflächen und an das berührungsfreie Trennen duktiler Metalle. Damit könne der Laser als Schlüssel fungieren, um das Tor zum Weg von der Laborzelle zur industriellen Festkörperbatterie aufzuschließen.

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