Festkörperbatterien gelten als wichtige Zukunftstechnologie, unter anderem für die Akkus von Elektroautos: Sie können mehr Energie speichern und sind sicherer als die derzeit üblichen Lithium-Batterien. Forschende von TU München (TUM) und TUMint.Energy Research haben nun einen wichtigen Schritt bei der Verbesserung von Festkörperbatterien gemacht. Sie entwickelten ein neues Material aus Lithium, Antimon und Scandium, das Lithiumionen über 30 Prozent schneller leitet als alle bisher bekannten Stoffe, so die TUM in einer aktuellen Mitteilung.
Das Team um Prof. Thomas F. Fässler vom Lehrstuhl für Anorganische Chemie mit Schwerpunkt Neue Materialien ersetzte einen Teil des Lithiums in der Verbindung Lithium-Antimonid durch das Metall Scandium. Dadurch entstehen gezielt Lücken, sogenannte Leerstellen, im Kristallgitter des Leitermaterials. Diese Lücken helfen den Lithiumionen, sich leichter und schneller zu bewegen und ermöglichten den neuen Weltrekord.
Da der Wert so deutlich über denen der bekannten Materialien liegt, haben sie sich an den Lehrstuhl für Technische Elektrochemie um Prof. Hubert Gasteiger an der TUM gewandt, um das Ergebnis abzusichern. Koautor Tobias Kutsch, der die weiteren Tests durchführte bemerkte: „Weil das Material auch Strom leitet, war das eine besondere Herausforderung, und wir mussten unsere Messmethoden dafür anpassen.“
Fässler sieht große Potentiale für das neue Material: „Unser Ergebnis stellt derzeit einen wesentlichen Fortschritt in der Grundlagenforschung dar. Mit dem Einbau von kleinen Mengen Scandium sind wir auf ein neues Prinzip gestoßen, das sich als richtungsweisend für andere Elementkombinationen erweisen könnte.“ Für eine Anwendung in einer Batteriezelle seien jedoch noch viele Tests notwendig. „Wir sind zuversichtlich, weil Materialien, die sowohl Ionen als auch Elektronen leiten können, sich besonders gut als Zusatz in Elektroden eignen. Da sich daraus vielversprechende praktische Anwendungen ergeben können, haben wir unsere Entwicklung auch bereits zum Patent angemeldet“, so Fässler weiter. Neben der höheren Geschwindigkeit biete das Material auch thermische Stabilität und sei mit bewährten chemischen Verfahren einfach herzustellen.
Die Forschenden haben mit ihrer Arbeit sogar eine völlig neue Substanzklasse entdeckt, wie Erstautorin Jingwen Jiang hervorhebt, Forscherin bei TUMint.Energy Research: „Unsere Kombination besteht aus Lithium-Antimon und kann einfach auch auf Lithium-Phosphor übertragen werden. Während der bisherige Rekordhalter auf Lithium-Schwefel basierte und zur Optimierung fünf weitere Elemente benötigt, wird bei uns lediglich Scandium als weitere Komponente gebraucht. Wir gehen davon aus, dass unsere Entdeckung über dieses Beispiel hinaus Bedeutung für die Erhöhung der Leitfähigkeit bei anderen Substanzen haben kann.“
Quelle: TU München – Pressemitteilung vom 09.05.2025
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