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08-10-2019 | Energiespeicher | Nachricht | Article

Robuster Feststoffakku

Author:
Leyla Buchholz

Wissenschaftler des Forschungszentrums Jülich haben eine Natrium-Festkörperbatterie auf Keramikbasis entwickelt, die nach 100 Ladezyklen noch über 90 Prozent ihrer anfänglichen Kapazität aufweist. Für Festkörperbatterien, die sich aktuell noch im Laborstadium befinden, ist das ein sehr guter Wert. Vergleichbare Resultate ließen sich bislang nur mit Bauformen erzielen, die Flüssigkeiten oder zusätzliche weiche Schichten, beispielsweise ein Polymer, enthalten.

Festkörperbatterien vereinen gegenüber aktuellen Lithium-Ionen-Batterien mit flüssigem Elektrolyt mehrere Vorteile. Sie können weder auslaufen noch in Brand geraten, und gelten daher als naturgemäß sicher und unempfindlich. Auch wird weniger Technik benötigt, um die Zellen vor Stößen zu schützen und für stabile Temperaturen zu sorgen, was zusätzlich dabei hilft, Gewicht und Kosten einzusparen.

Da Festkörperbatterien zudem sehr hohe Energiedichten erreichen können, wird weltweit intensiv daran geforscht. Doch trotz aller Anstrengungen sind reine Festkörperbatterien, die keine flüssigen oder weichen, polymerartigen Schichten mehr enthalten, von der Marktreife noch weit entfernt. Insbesondere die Verbindung von Elektrode und Elektrolyt gilt als problematisch.

„In einer Batterie lagern sich beständig die transportierten Ionen in der Elektrode ein oder gehen von der Elektrode auf den Elektrolyten über – eine Batterie funktioniert nun einmal so“, erklärt Dr. Frank Tietz vom Jülicher Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK-1). „Dieses ständige Wachsen und Schrumpfen der Elektroden tolerieren Feststoffe deutlich schlechter als ein flüssiger Elektrolyt, der immer einen guten Kontakt gewährleistet“. Der Jülicher Chemiker arbeitet seit Jahren daran, neue Materialien für Festkörperbatterien und Brennstoffzellen zu erschließen.

Für die Umsetzung wählten die Forscher eine Batterie auf der Basis von Natrium. Die möglichen Energiedichten liegen zwar klar unter denen von Lithium-Festkörperbatterien. Dafür besitzt Natrium einige andere Vorzüge: es ist leicht verfügbar und kostengünstiger als Lithium und ist damit vor allem für stationäre Anwendungen interessant, etwa als Zwischenspeicher für erneuerbare Energien. Zudem neigt Natrium anders als Lithium weniger zur Ausbildung metallischer Dendriten, die zu einem Kurzschluss führen können, der die Batterie zerstört. Darüber hinaus sind kobaltfreie Kathodenmaterialien möglich.

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01-02-2019 | Keramik-Forum | Issue 1-2/2019

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