Wir alle wissen, Festkörperbatterien sind so etwas wie ein heiliger Gral für Elektrofahrzeuge. Doch mit jedem Monat der vergeht kommen nicht nur neue Modelle auf die Straße, sondern wir nähern uns auch den serienreifen Festkörperbatterie für diese E-Fahrzeuge. So zumindest die Hoffnung. „Festkörperbatterien wären ein Riesenschritt in Richtung flächendeckende E-Mobilität“, betont Daniel Rettenwander vom Institut für Chemische Technologien von Materialien der TU Graz. Dies mag mit ein Grund dafür sein, dass man an der TU Graz Festkörper-Akkus noch stärker im Blick behält.
Die TU Graz gibt in einer entsprechenden Mitteilung zu verstehen, dass in den vergangenen Jahren an Festkörperelektrolyten intensiv geforscht und Materialien entwickelt wurden, die eine ähnlich hohe Ionen-Leitfähigkeit besitzen wie Flüssigelektrolyte. Stets mit dem Ziel vor Augen Batterien mit festen Elektrolyten, etwa aus Keramiken, zu erschaffen. Denn diese erreichen ungemein höhere Energie- und Leistungsdichten als herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien mit Flüssigelektrolyt, und wären obendrein feuerfest. Aber im Rahmen der Forschungen taten sich auch entsprechende Probleme auf.
„An den Grenzflächen bilden sich hohe Widerstände aus, die einen schnellen Ionentransport zwischen den Elektroden verhindern und somit zu einem signifikanten Perfomanceverlust führen. Bei den Übeltätern handelt es sich in den meisten Fällen um die Grenzflächen zwischen Festkörperelektrolyt und Elektrodenmaterial sowie zwischen Partikeln des Elektrolyten selbst“, so die TU Graz. Künftig möchte man den gebremsten Ionen wieder Schwung verleihen und zwar in Form des von Rettenwander geleitete neue „Christian Doppler Labor für Festkörperbatterien“, das gemeinsam mit dem Unternehmenspartner AVL Mitte November 2020 eröffnet wurde.
AVL erhofft sich als Entwickler von Antriebsbatterien viel durch das Labor. Daher habe man sich hinsichtlich der eigenen Unterstützung zunächst auf sieben Jahre verpflichtet. Gemeinsam mit Mittel aus der öffentlichen Hand. Das Budget des CD-Labors mit sieben Mitarbeiter*innen beläuft sich auf insgesamt rund zwei Millionen Euro. Wichtigster öffentlicher Fördergeber ist das Bundesministerium für Digitalisierung und Wirtschaftsstandort (BMDW).
„Die Kooperation zwischen Wirtschaft und Wissenschaft ist essenziell, um nachhaltige und umsetzbare Lösungen für komplexe Herausforderung wie die Klimakrise zu finden. Gerade für den Wirtschaftsstandort Österreich birgt der Wissenstransfer zwischen Unternehmen und Hochschulen enormes Potential, um über die konkrete Umsetzung von Forschungsergebnissen durch die Unternehmen international kompetitiv zu bleiben. Deshalb freut es mich sehr, dass im Christian Doppler Labor für Festkörperbatterien die nächsten sieben Jahre intensiv zu diesem wirtschaftlich und gesellschaftlich höchst relevanten Thema geforscht wird.“ – Dr. Margarete Schramböck, Bundesministerin für Digitalisierung und Wirtschaftsstandort
Rettenwander und sein Team haben bereits zu Beginn der Forschungsarbeiten mehrere Lösungsansätze im Fokus: „Die Stromdichtenverteilung an den Grenzflächen lassen sich zum Beispiel homogenisieren, indem man Zwischenschichten mit fein abgestimmten Lithium-Transporteigenschaften einbringt. Im weiteren wollen wir alternative Ladeformen testen und anstelle von Gleichstrom verschiedene Pulsladeformen verwenden, um eine homogene Lithiumabscheidung zu erzielen.“
Den aktuellen Forschungsstand der Festkörperbatterie ordnet Rettenwander in der dazugehörigen Mitteilung zur Eröffnung des Labors ein: „Die Entwicklung von Festkörperbatterien ist im Gegensatz zu beispielsweise Lithium-Luft-Batterien oder ähnlichen experimentellen Batterietechnologien schon relativ weit vorangeschritten. Es wird zwar noch etwas dauern, bis diese Batterienform auch für Hochenergieanwendungen wie eben in E-Fahrzeugen einsatzbereit ist, aber es ist absehbar – als kleine Batterien für elektronische Bauteile sind Festkörperbatterien vereinzelt schon zu finden – sogar hier in der Steiermark.“
Quelle: TU Graz – TU Graz startet Christian Doppler Labor für Festkörperbatterien
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