Eine hauchdünne Silberschicht macht Feststoffbatterien deutlich robuster und könnte die Technologie entscheidend voranbringen.
Lithium-Ionen-Batterien stoßen zunehmend an ihre physikalischen Grenzen. Feststoffbatterien ersetzen deshalb flüssige Elektrolyte durch feste, kristalline Materialien. Die Vorteile: mehr höheren Sicherheit, mehr Kapazität und schnelleren Ladezeiten.
Die spröden keramischen Elektrolyte bekommen während der Nutzung jedoch oft mikroskopische Risse. Wendy Gu von der Stanford University vergleicht das Material mit gewöhnlichen Keramiktellern oder Schüsseln aus dem Haushalt. Diese weisen auf ihrer Oberfläche ebenfalls winzige, oft kaum sichtbare Sprünge auf.
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Silberschicht schützt Feststoffbatterien
Das Team der Stanford University präsentiert daher einen neuen Lösungsansatz. Sie verwendeten LLZO, eine keramische Kombination aus Lithium, Lanthan, Zirkonium und Sauerstoff. Ein Hauch Silber schützte die Oberfläche dieser Feststoffbatterie vor mechanischen Schäden.
Die Forscher trugen eine drei Nanometer dünne Silberschicht auf die Keramik auf. Eine Hitzebehandlung bei rund 300 Grad Celsius ließ die Silberatome kontrolliert in die Struktur wandern. Dort verdrängten sie Lithiumatome und stabilisieren das Gitter bis in 50 Nanometer Tiefe. Da Silber-Ionen größer als Lithium-Ionen sind, festigten sie die kristalline Struktur zusätzlich.
Besonders das Schnellladen verursacht gefährliche Kanäle, die Akkus dauerhaft schädigen können. Die geladenen Silberionen bleiben innerhalb der Keramik jedoch dauerhaft in ihrer Form erhalten und stärken das Gerüst. Silber blockiert zudem schädliche Lithium-Ablagerungen an bereits vorhandenen Fehlstellen.
Silber-Trick funktioniert auch bei Alternativen
Das behandelte Material hält fast fünfmal mehr mechanischem Druck stand als herkömmliche Proben. Laut Xin Xu, der mittlerweile als Assistenzprofessor an der Arizona State University lehrt, funktioniert das Prinzip bei vielen Keramiken. So bleiben die Bauteile auch unter hohen elektrochemischen Belastungen stabil.
Bisher liefert die Forschung vor allem Ergebnisse an lokalen Materialproben. Kommende Tests an vollständigen Zellen müssen die Beständigkeit über tausende Ladezyklen belegen. Das Team prüft zudem Alternativen auf Natriumbasis zur Entlastung globaler Lieferketten.
Andere Metalle wie Kupfer zeigen in ersten Versuchen ebenfalls eine schützende Wirkung. Silber liefert jedoch bisher den effektivsten Schutz für die Feststoffbatterie. Damit rückt der Einsatz in alltagstauglichen Geräten ein wichtiges Stück näher.
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