Keramische Festkörper-Elektrolyte könnten in Zukunft Flüssig-Elektrolyte in Batterien ersetzen. Am Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM wurden nun geeignete chemische Verbindungen erforscht.
Darstellung der "Wanderungspfade" für Li-Ionen in einem Festkörper-Elektrolyt
Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM
Dr. Daniel Mutter vom Fraunhofer IWM hat die chemische Zusammensetzung von Feststoff-Elektrolyten aus Keramik erforscht, damit diese in Lithium-Ionen Batterien genutzt werden können. Mithilfe atomistischer Simulationen konnte der Forscher mehrere Kombinationen chemischer Elemente für NZP-Keramiken identifizieren. NZP-Keramiken ermöglichen die Existenz von sogenannten "Wanderpfaden", auf denen sich Lithium-Ionen leicht fortbewegen können. Der Vorteil von Festkörper-Elektrolyten liegt in der reduzierten Explosionsgefahr, außerdem tritt bei einer Beschädigung keine Säure aus.
"Diese besonders vorteilhaften Keramik-Festkörper-Elektrolyte können wir unter Umständen mit sehr leistungsfähigen Lithium-Metall-Anoden kombinieren – das ist bei den heute gebräuchlichen flüssigen Elektrolyten nicht möglich, denn sie reagieren stark mit metallischem Lithium und beschädigen dadurch die Batterie", erklärt Dr. Mutter. Die neue Kombination an chemischen Elementen sind laut Mutter zahlreich in der Erdkruste in Europa vorhanden und verhältnismäßig leicht abbaubar. Für die neuen Batterien ergibt sich eine kürzere Ladedauer bei längerer Betriebszeit sowie ein verringertes Gewicht. Der Artikel "Computational analysis of composition-structure-property-relationships in NZP-type materials for Li-ion batteries" wurde im "Journal of Applied Physics" veröffentlicht.