Feststoff-Lithium-Ionenbatterie

Feststoff-Lithium-Ionen-Akkus gelten als sichere Batterien der Zukunft.

Der Ersatz des flüssigen Elektrolyten durch einen Feststoff ermöglicht hohe Energiedichten und entschärft Probleme wie Auslaufen, Überhitzen, Abbrand und Giftigkeit, mit denen heutige Lithium-Ionen-Akkus immer wieder zu kämpfen haben. Wissenschaftler vom Jülicher Institut für Energie- und Klimaforschung haben nun eine Zelle vorgestellt, die im Labormaßstab schon erstaunlich gut funktioniert. Dabei war das Kathodenmaterial: Lithium-Kobalt-Oxid, der  Elektrolyt: teilsubstituiertes Lithium-Lanthan-Zirkonat und die Anode: Lithium-Metall. Besonderes Augenmerk lag dabei auf der Verbesserung der Grenzfläche zwischen festem Elektrolyt- und Elektrodenmaterial. Die Zelle wurde im Labor über 350-mal entladen und wieder aufgeladen. Lithium-Ionenbatterien weisen eine hohe Energiedichte auf. Mit Feststoff-Lithium-Ionenbatterien lässt sich die Energiedichte noch deutlich steigern, da die Zellen gestapelt werden können. Anders als herkömmliche Akkus mit Flüssig-Elektrolyt benötigen die unempfindlichen Festkörper-Batterien keine  Kühl- und Schutzvorrichtungen.  Aufgabe des Elektrolyten ist es, Lithium-Ionen während des Entladens von der Anode zur Kathode zu leiten und die beiden Pole gleichzeitig elektrisch zu isolieren. Anstelle einer Flüssigkeit kann auch ein Festkörper diese Funktion übernehmen. Der Mechanismus der Lithium-Ionen Wanderung im Festkörper läuft allerdings etwas langsamer ab als die Diffusionsvorgänge innerhalb eines flüssigen Elektrolyten. Das erhöht den Widerstand für den Ionentransport, was die abrufbare Leistungsdichte der Batterie verringert. Dieser Nachteil kann aber durch Schichtdicken-Minimierung des Festkörpers kompensiert werden. Das Ziel der Forschungsarbeiten ist es, die Dicke des Feststoffelektrolyten auf wenige Mikrometer zu reduzieren. Eine weitere Forschungsaufgabe besteht darin, die Gestaltung der Grenzfläche zwischen den festen Elektroden und dem ebenfalls festen Elektrolyten zu optimieren und den Gesamt-innenwiderstand der Zelle zu reduzieren.   Bild: Copyright: 
Forschungszentrum Jülich
–  Festkörperbatterie (Kathodenmaterial Lithium-Kobalt-Oxid, Elektrolyt: teilsubstituiertes Lithium-Lanthan-Zirkonat, Anode: Lithium-Metall)�