PSI entwickelt Verfahren für Festkörperbatterien
Lithium-Metall-Festkörperbatterien werden immer realer: Forschende des Paul Scherrer Instituts PSI haben einen innovativen Herstellungsprozess entwickelt.
© Paul Scherrer Institut PSI/Mahir Dzambegovic
Lithium-Metall-Festkörperbatterien speichern mehr Energie, sind sicherer und laden schneller als herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien. Mit dem neuen Prozess werden grundlegende Herstellungsprobleme gelöst.
Festkörperbatterien gelten als vielversprechende Lösung für Elektromobilität, mobile Elektronik und stationäre Energiespeicherung – unter anderem, weil sie keine brennbaren flüssigen Elektrolyte benötigen und daher grundsätzlich sicherer sind als herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien.
Um technische Hindernisse bei der Herstellung zu überwinden, entwickelte das Team um Mario El Kazzi, Leiter der Gruppe Batteriematerialien und Diagnose am Paul Scherrer Institut PSI, ein neues Fertigungsverfahren: «Wir haben zwei Ansätze kombiniert, die gemeinsam sowohl den Elektrolyten verdichten als auch die Grenzfläche zum Lithium stabilisieren», so der Wissenschaftler. Über ihre Ergebnisse berichtet das Team im Wissenschaftsjournal Advanced Science.
Bestwerte nach 1500 Durchgängen
In Laborversuchen mit Knopfzellen zeigte die Batterie unter anspruchsvollen Bedingungen eine aussergewöhnliche Leistung. «Ihre Zyklusstabilität bei hoher Spannung war bemerkenswert», sagt Jinsong Zhang, Doktorand und Hauptautor der Studie. Nach 1500 Auf- und Entladevorgängen hatte die Zelle noch etwa 75 Prozent ihrer ursprünglichen Kapazität behalten. Es wanderten also immer noch drei Viertel der Lithiumionen von der Kathode zur Anode. «Ein herausragendes Ergebnis. Diese Werte zählen zu den besten, die bisher gemeldet wurden.» Zhang sieht deshalb gute Chancen, dass Festkörperbatterien herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien mit Flüssigelektrolyt in Sachen Energiedichte und Haltbarkeit bald übertreffen könnten.
Die Lösung des PSI markiert nach eigener Einschätzung einen wichtigen Fortschritt für die Festkörperbatterieforschung – auch, weil sie ökologische und wirtschaftliche Vorteile mit sich bringt: Aufgrund niedriger Temperaturen spart der Prozess Energie und damit Kosten.
