Einfache Änderung führt zu sichereren und effizienteren Feststoffbatterien

Feststoffbatterien haben viel Potenzial. Im Gegensatz zu den derzeit üblichen Lithium-Ionen-Batterien enthalten Feststoffbatterien keine entflammbaren Flüssigkeiten, was ein großer Vorteil ist, wie durch Geschichten von Laptops und Elektroautos, die in Flammen aufgehen, verdeutlicht wird. Feststoffbatterien sind auch weniger giftig, haben eine höhere Energiedichte, laden schneller auf und überstehen mehr Ladezyklen, ohne an Leistungsfähigkeit zu verlieren.

Das Problem besteht darin, dass die Herstellung solcher Batterien im Vergleich zu Flüssigbatterien schwierig und teuer ist. Eine große Herausforderung dabei sind die Defekte in den Elektrolytfolien, die für die Batterien entscheidend sind. Winzige Blasen, die in der Folie entstehen, verhindern, dass Ionen zwischen den Elektroden bewegt werden können, was das Laden und die allgemeine Funktion der Batterie verlangsamt.

Eine Elektrolytfolie wird aus Antiperowskit (Li2OHCi) hergestellt, wobei Pellets des Materials zu Platten zusammengepresst werden. Dies führt oft zu unerwünschten Defekten, die die Effizienz beeinträchtigen.

Um dieses Problem zu lösen, hat das Oak Ridge Team den Schritt des Erhitzens der Presse und das anschließende Abkühlen des Elektrolyten unter Druck hinzugefügt. Das Ergebnis war eine blasenfreie Folie, die eine höhere Stickstoffanreicherung auf der Oberfläche aufwies und fast 1.000 Mal leitfähiger war. Zudem zeigte sie eine nahezu 50%ige Verbesserung in der kritischen Stromdichte und eine bessere Lithiophilizität, was ein wesentlicher Faktor für die Stabilität von Feststoffbatterien ist.

Laut den Forschern verbessert die neue Änderung nicht nur die Leistungsfähigkeit, sondern ermöglicht auch die Verarbeitung von festen Elektrolyten in industriellen Maßstäben, die zuverlässiger sind, da Ingenieure nun mehr Kontrolle über den Prozess haben.

"Es handelt sich um das gleiche Material – Du veränderst einfach die Art und Weise, wie Du es herstellst, während Du die Leistungsfähigkeit der Batterie in vielerlei Hinsicht verbesserst", sagte der leitende Forscher Marm Dixit.