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Hauptnachteil von Festkörperakkus scheint gelöst – Studie lässt dies vermuten

Photo by Markus Spiske on Unsplash
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Ein Team der Tohoku University und der Tokyo Tech haben in der Fachzeitschrift ACS Applied Materials & Interfaces ihre Ergebnisse zu einer in Japan hergestellten Batterie veröffentlicht. Mit dieser Festkörperbatterie soll es gelungen sein, einen der Hauptnachteile von Festkörperakkus zu lösen. Die Batterien zeigten hervorragende elektrochemische Eigenschaften, die die von herkömmlichen und allgegenwärtigen Lithium-Ionen-Batterien weit übertreffen. Um genau zu sein, wartet der Festkörperakku mit einem geringem Widerstand an der Grenzfläche zwischen Elektrode und Festelektrolyt auf. Dies wirkt sich positiv auf Schnelllade- und -entladevorgänge aus.

Denn aktuell verfügen Festkörperbatterien zwar über eine hohe Energiedichte, doch der hohe Widerstand von etwa 200 bis 2000 Ω cm2 an der Grenzfläche zwischen Elektrode und Festelektrolyt behindert eben diese Schnelllade- und -entladevorgänge. Bei der neu geschaffenen Festkörperbatterie warten die Forscher mit einem extrem niedrigen Elektrolyt-/Elektrodengrenzflächenwiderstand von 7,6 Ω cm2 in Solid-State-Li-Akkus mit Li(Ni0,5Mn1,5)O4 auf.

Weiterhin beobachteten die Forscher eine spontane Migration von Li-Ionen aus dem Festelektrolyten zur positiven Elektrode nach der Bildung der Grenzfläche zwischen Elektrolyt und Elektrode. Schließlich konnten sie bei einer Stromdichte von 14 mA/cm2 eine stabile Schnellladung und -entladung der Solid-State-Li-Akkus nachweisen.

Die Fertigung der Festkörperakkus war nicht gerade einfach. So fertigte das Team seine Batterien unter Ultrahochvakuumbedingungen, um sicherzustellen, dass die Grenzflächen zwischen Elektrolyt und Elektrode frei von Verunreinigungen waren. Nach der Herstellung wurden die elektrochemischen Eigenschaften dieser Batterien charakterisiert, um Licht in die Li-Ionen-Verteilung um die Grenzfläche zu bringen. Röntgenbeugung und Raman-Spektroskopie wurden zur Analyse der Kristallstruktur der dünnen Schichten der Batterien eingesetzt.

Die Hälfte des Akkus konnte innerhalb von nur einer Sekunde geladen/entladen werden. Fisker hatte sich vorgenommen dies innerhalb weniger Minuten zu schaffen. Darüber hinaus war auch die Zyklenfestigkeit der Batterie hervorragend und zeigte auch nach 100 Lade-/Entladezyklen keine Leistungseinbußen. Das Forscherteam hofft, dass diese Ergebnisse die Entwicklung von leistungsstarken Festkörperakkus ermöglichen, die moderne tragbare elektronische Geräte und Elektroautos revolutionieren könnten. Hört sich zumindest schon einmal vielversprechend an.

Auch an der Hochschule Aachen hat man eine Anlage zur Erforschung neuartiger Batteriespeicher errichtet. Mit dieser Anlage möchte man neue Materialsysteme und Produktionstechnologien für Feststoffbatterien entwickeln.

Quelle: Electrive.net – Festkörperakkus: Forscher ebnen Weg für Schnellladung

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