Ein Team von Forschern der Pohang University of Science and Technology (POSTECH) hat in einer aktuellen Veröffentlichung grundlegende Probleme von Festkörperbatterien gelöst. Die Studie, die in den ACS Energy Letters erschienen ist, stellt eine bahnbrechende Entwicklung im Bereich der Batterietechnologie dar.
Innovative Festkörperbatterien: Ein Blick auf die Grundlagen
Unter der Leitung von Professor Byoungwoo Kang und Dr. Abin Kim (derzeit bei LG Energy Solution tätig) hat das Team eine einzigartige feste Elektrolytform entwickelt, die eine ultradünne Lithium-Metall-Festkörperbatterie mit hoher Stabilität und Energiedichte ermöglicht. Diese neue Technologie basiert auf einem Oxid-Festelektrolyt (Li7La3Zr2O12, kurz LLZO), das durch seine hohe ionische Leitfähigkeit besticht.
LLZO: Herausforderungen und Lösungen
LLZO ist jedoch hochreaktiv und bildet bei Luftkontakt eine Kontaminationsschicht (Li2CO3), die als Widerstandsschicht fungiert und die Schnittstellenqualität zwischen Elektrolyt und Anode beeinträchtigt. Bisherige Lösungen wie Beschichtungen oder chemische Nachbehandlungen konnten dieses Problem nur teilweise beheben, da die Kontaminationsschicht bei erneutem Luftkontakt wieder auftritt.
Das Forschungsteam von POSTECH konzentrierte sich auf die Verbesserung des LLZO selbst. Durch die Entwicklung der luftbeständigen LLZO-Technologie (AH-LLZO) wurde die Bildung von Kontaminationsschichten von vornherein verhindert. Dies gelang durch die Schaffung einer neuen hydrophoben Verbindung (Li-Al-O), die sowohl die Oberfläche als auch das Innere des Materials schützt.
Ergebnisse und Auswirkungen
Experimente zeigten, dass diese neue Verbindung die Reaktion mit Luftfeuchtigkeit verhindert und die Bildung von Kontaminationsschichten effektiv unterbindet. Dadurch konnte das Team ultradünne (~3,43 μm) Lithium-Festkörperbatterien entwickeln, was etwa einem Zehntel der Dicke eines menschlichen Haares entspricht.
Prof. Byoungwoo Kang äußerte sich zu den Forschungsergebnissen: „Wir haben das Problem der Kontaminationsschicht von LLZO gelöst, ohne aufwendige Nachbearbeitungsschritte zu benötigen.
“ Diese Innovation ermöglicht es, die Batterien ohne spezielle Handhabung in der Luft zu lagern, was den Prozess vereinfacht und die praktische Nutzbarkeit von Festelektrolyten erhöht.
Unterstützung und Finanzierung
Die Forschung wurde vom Basic Research Lab Program der National Research Foundation of Korea und dem Multilayer Ceramic Battery (MLCB) Development Project des Ministry of Trade, Industry and Energy unterstützt.