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Dendriten-Dilemma dezimierbar Aha-Effekt zur Verhinderung von Kurzschlüssen bei Lithium-Batterien

Quelle: TU München 2 min Lesedauer

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An der TU München ist man einer Möglichkeit auf die Spur gekommen, wie man gefährliche Kurzschlüsse bei Lithium-Metall-Batterien in Zukunft verhindern kann ...

Bald sicherer! Lithium-Metall-Batterien soll die Zukunft der Energiespeicherung gehören, weil sie effektiver arbeiten. Doch da gibt es ein Phänomen, dass gefährlich werden kann! Und es existiert auch dort, wo man es lange nicht vermutet hat, wie Forscher aus München entdeckt haben ...(Bild: DDD-Battery)
Bald sicherer! Lithium-Metall-Batterien soll die Zukunft der Energiespeicherung gehören, weil sie effektiver arbeiten. Doch da gibt es ein Phänomen, dass gefährlich werden kann! Und es existiert auch dort, wo man es lange nicht vermutet hat, wie Forscher aus München entdeckt haben ...
(Bild: DDD-Battery)

Lithium-Metall-Batterien zählen zu den Hoffnungsträgern der Energiespeicherung. Denn sie speichern deutlich mehr Energie in kompakteren Batteriesystemen, weshalb sie auch noch relativ leicht sind. Doch winzige nadelartige Metallstrukturen – sogenannte Dendriten – die aus Lithium bestehen, können zu gefährlichen Kurzschlüssen führen – im schlimmsten Fall zu Brand oder Explosion. Bisher galt der Griff zu festen Elektrolyten, zu denen auch polymerbasierte Typen gehören, als eine Möglichkeit, um das unkontrollierte Wachstum von Dendriten zu unterdrücken, heißt es aus München weiter. Doch nun hat man herausgefunden, dass sich Dendriten leider nicht nur an den Elektroden ausbilden, sondern auch bei auf Polymeren basierenden Elektrolyten. Aus dieser Erkenntnis heraus könne die Stabilität künftiger Festkörperbatterien gesteigert werden. Polymerbasierte Elektrolyte bieten also zwar mehr Stabilität und Sicherheit als flüssige Elektrolyte, weil sie nicht auslaufen oder sich entzünden können. Sie trennen auch die Elektroden der Batterie zuverlässig voneinander und verhindern damit Kurzschlüsse.

Dem Dendriten-Wachstum auf die spitzen Finger geschaut

Doch die Messungen der Münchener Forscher zeigen, dass das Wachstum von Dendriten auch direkt im Polymerelektrolyten stattfinden kann – also mitten im Material, das eigentlich vor den Dendriten schützen soll! Dieses Phänomen stellt also eine zentrale Annahme der Batterieforschung infrage. Dieses neue Wissen könne nun dabei unterstützen, Materialien zu entwickeln und auch weiterzuentwickeln, in denen solche internen Kristallisationsprozesse gar nicht erst auftreten. Die Forscher der TU München greifen für ihre Untersuchungen dabei auf eine besonders exakte Methode zurück – die sogenannte Nanofokus-Weitwinkel-Röntgenstreuexperimente, die am DESY in Hamburg durchgeführt wurden. Per Röntgenstrahl von lediglich 350 Nanometern Durchmesser konnten sie so erstmals die mikroskopischen Veränderungen im Inneren eines polymerbasierten Elektrolyten während des Batteriebetriebs sichtbar machen. Sie verwendeten dafür eine eigens entwickelte Miniaturzelle, in der sich die Batterie unter realen Bedingungen beobachten lässt. Das führte zu den oben geschilderten Beobachtungen, die nun die Sicherheit von Lithium-Metall-Batterien zu steigern helfen.

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