Einem jungen Forscher ist es gelungen, ein über zehn Jahre altes Problem in der Batterietechnologie zu lösen. Er entwickelte eine Festkörperbatterie mit deutlich höherer Leistung.
Matthias Young, Assistenzprofessor für Chemie und Biochemie an der University of Missouri, hat eine neue Technologie für Festkörperbatterien entwickelt, um sie sicherer und effizienter zu machen. Die Batterien gelten als vielversprechende Alternative zu herkömmlichen Lithium-Ionen-Akkus, die mit Flüssigelektrolyten arbeiten.
Diese Flüssigkeiten können gefährlich sein, da sie bei Schäden oder Überhitzung leicht entflammbar sind. Festkörperbatterien nutzen hingegen feste Materialien, was sie langlebiger und sicherer machen. Ein großes Problem bei der Entwicklung dieser Batterien stellt die sogenannte Interphasenschicht dar, die sich an der Grenzfläche zwischen festem Elektrolyt und Kathode bildet.
Diese nur 100 Nanometer dünne Schicht behindert den Fluss von Lithium-Ionen und Elektronen. Das erhöht den Widerstand und verringert die Leistung der Batterie. Seit über einem Jahrzehnt suchen Forscher nach einer Lösung für dieses Problem.
Festkörperbatterie: Neue Technik für mehr Leistung
Ein Team um Matthias Young hat nun eine neue Technik für Festkörperbatterien entwickelt, um dieses Hindernis zu verstehen und zu überwinden. Mithilfe der sogenannten 4D-Scanning-Transmission-Elektronenmikroskopie konnten sie das atomare Verhalten der Batterie zerstörungsfrei analysieren. Dabei identifizierten sie die Interphasenschicht als Hauptursache für den Leistungsverlust.
Um das Problem zu lösen, setzen die Forscher auf ultradünne Schutzschichten, die mit „oxidativer Molekularschicht-Abscheidung“ aufgetragen werden. Diese Beschichtung verhindert die Entstehung der unerwünschten Interphasenschicht, während sie den Fluss der Lithium-Ionen nicht beeinträchtigt.
Kommen bald sicherere Batterien mit längerer Laufzeit?
Sollte sich diese neue Technik für Festkörperbatterien bewähren, könnte sie die Entwicklung der Technologie enorm vorantreiben. Denn die Batterien wären dann nicht nur sicherer, sondern auch leistungsstärker. Eine höhere Energiedichte könnte Elektrofahrzeugen mehr Reichweite verschaffen und die Lebensdauer von Batterien in tragbaren Geräten verlängern.
Zudem wären sie schneller aufladbar und über lange Zeiträume stabiler. Noch befindet sich die Technik in einem frühen Entwicklungsstadium, doch die Forscher sind optimistisch. Mit weiteren Tests und Verbesserungen wollen sie schon bald eine neue Generation von Festkörperbatterien entwickeln, die sicherer, effizienter und nachhaltiger sind als bisherige Modelle.
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