Forschende des KIT haben herausgefunden, wie sich die Feststoff-Elektrolyt-Grenzphase bildet. Mit dem Wissen lassen sich leistungsfähigere und robustere Lithium-Ionen-Batterien entwickeln.
In mehr als 50.000 Simulationen haben Forschende des KIT haben die Bildung der Feststoff-Elektrolyt-Grenzphase charakterisiert.
Christine Heinrich
Beim ersten Anlagen einer Spannung an eine Flüssigelektrolytbatterie bildet sich an der Oberfläche der Elektroden eine bis zu 100 nm dicke Passivierungsschicht aus. Für den zuverlässigen Betrieb der Batterie ist diese Feststoff-Elektrolyt-Grenzphase (Solid Electrolyte Interphase, SEI) entscheidend. Über die Entstehung der SEI herrschte bislang allerdings Unkenntnis, denn nach bisherigem Wissensstand hätte diese sie nur wenige Nanometer dick sein können.
Forschende des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) konnten das Wachstum und die Zusammensetzung der Passivierungsschicht nun mithilfe umfangreicher Simulationen erklären. Dabei stellten sie fest, dass Vorläufer der Schicht zunächst an der Elektrodenoberfläche gebildet werden, sich dann aber weit entfernt von der Oberfläche über Keimbildung zusammenschließen. Die Keime wachsen schnell und bilden eine poröse Schicht, die schließlich auch die Elektrodenoberfläche bedeckt.
In ihren Analysen konnten die Forschenden auch klären, welche Reaktionsparameter sich auf die SEI-Dicke auswirken. Auf Basis dieser Erkenntnisse lassen sich die Eigenschaften der Passivierungsschicht mithilfe angepasster Elektrolyte steuern und somit die Leistungsfähigkeit und die Lebensdauer von Batterien verbessern.
