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19.08.2019 | Batterie | Nachricht | Onlineartikel

Röntgentomografie hilft bei Entwicklung von Feststoffbatterien

Autor:
Patrick Schäfer
1:30 Min. Lesedauer

Feststoffbatterien gelten als die Stromspeicher der Zukunft im Automobilbereich. Das Verständnis um die Vorgänge innerhalb von Festkörperbatterien soll deren Entwicklung nun optimieren.

Forschende des Paul Scherrer Instituts (PSI) haben die mechanischen Vorgänge innerhalb einer Feststoffbatterie mittels Röntgentomografie beobachtet. Die dabei gewonnenen Erkenntnisse sollen helfen, die zukünftigen Batterien sicherer und leistungsfähiger zu machen. "Um die Feststoffbatterien weiter zu entwickeln, müssen wir die elektromechanischen Prozesse verstehen, die sich in ihnen abspielen", erklärt Xiaohan Wu, der die Untersuchungen im Rahmen seiner Promotion in der Forschungsgruppe Batteriematerialien und Diagnostik am PSI durchführte.

Festkörperbatterien mit Feststoffelektrolyten lassen sich schneller auf- und entladen, da diese höhere Spannungen und Betriebstemperaturen aushalten. Das Innere besteht hauptsächlich aus dem festen Elektrolyten, einem Lithium- und Phosphor-Sulfid und darin eingebetteten, kleinen Zinnkugeln. In diese lagern sich beim Aufladen Lithium-Ionen ein. Dabei zwängt sich das Lithium in die Gitterstruktur des Zinns, die Kugeln dehnen sich aus und das umliegende Elektrolytmaterial zerreißt. Die entstehenden Risse behindern die Lithium-Ionen bei ihrer Bewegung durch den Elektrolyten und verringern die Leistungsfähigkeit der Festkörperbatterie.

Feststoffbatterie heilt sich selbst

An der Synchrotron Lichtquelle Schweiz SLS des PSI haben die Forscher diesen Vorgang mit der sogenannten Operando Röntgentomografischen Mikroskopie beobachtet. "Wir hatten nicht erwartet, dass sich die Risse so ausbreiten, dass sie die Lithium-Ionen auf ihrem Weg durch die Batteriezelle genau queren", so Xiaohan Wu. Bei der Untersuchung wurde auch festgestellt, dass sich der elastische Feststoffelektrolyt beim Entladen quasi selbst repariert. Nun wollen die Forscher Elektrolytmaterialien finden, die weniger stark auf die Ausdehnung der Zinnkugeln reagieren. Die Ergebnisse wurden im Fachjournal "Advanced Energy Material" veröffentlicht.

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