Weltrekord bei Lithium-Ionen-Leitern

Wichtiger Schritt in der Entwicklung von Feststoffbatterien: Ein neues Material leitet Lithium-Ionen über 30 % schneller als alle bisher bekannten Stoffe.

Ein Forschungsteam der Technischen Universität München (TUM) unter Leitung von Prof. Thomas F. Fässler hat ein neuartiges Material für Feststoffbatterien entwickelt, das einen Weltrekord in der Leitfähigkeit von Lithium-Ionen erreicht. Basis der Innovation ist ein modifiziertes Lithium-Antimonid, bei dem Lithium-Atome teilweise durch das Metall Scandium ersetzt werden. Diese gezielte Veränderung erzeugt Lücken im Kristallgitter, sogenannte Leerstellen, die die Beweglichkeit der Lithium-Ionen deutlich verbessern. Validiert wurden die Ergebnisse in Zusammenarbeit mit dem TUM-Lehrstuhl für Technische Elektrochemie von Prof. Hubert Gasteiger.

Prof. Fässler sieht in der Entdeckung einen wichtigen Fortschritt in der Grundlagenforschung. Das Prinzip der gezielten Substitution könne künftig auf weitere Materialsysteme übertragen werden. Zwar seien noch zahlreiche Tests nötig, bevor das Material in Batteriezellen eingesetzt werden könne, doch die Forschenden zeigen sich optimistisch. Insbesondere als Zusatzstoff in Elektroden könnten Materialien, die sowohl Ionen als auch Elektronen leiten, große Vorteile bieten. Aufgrund des praktischen Potenzials wurde bereits ein Patent angemeldet.

Neue Stoffklasse

Neben der Rekordleitfähigkeit und thermischen Stabilität eröffne die Entwicklung eine neue Stoffklasse, wie Erstautorin Jingwen Jiang von der TUMint.Energy Research GmbH betont: "Unsere Kombination besteht aus Lithium-Antimon und kann einfach auch auf Lithium-Phosphor übertragen werden. Während der bisherige Rekordhalter auf Lithium-Schwefel basierte und zur Optimierung fünf weitere Elemente benötigt, wird bei uns lediglich Scandium als weitere Komponente gebraucht. Wir gehen davon aus, dass unsere Entdeckung über dieses Beispiel hinaus Bedeutung für die Erhöhung der Leitfähigkeit bei anderen Substanzen haben kann."