Robert Klatt
Eine neue Feststoffbatterie hat dank eines Elektrodenmaterials mit beispielloser Stabilität auch nach hunderten Ladezyklen keinerlei Kapazitätsverluste.
Kensington (Australien). Bei modernen Akkus sinkt aufgrund der chemischen Abnutzung die Kapazität mit zunehmender Anzahl der Ladezyklen. Deutlich bemerken kann man diesen Prozess etwa bei Smartphones, die von den meisten Nutzern täglich geladen werden und deshalb bereits nach zwei bis drei Jahren deutlich an Laufzeit verlieren. Betroffen sind aber auch Elektroautos und andere Geräte, deren Batterien zwar größer sind, aber auf denselben Technologien basieren.
Wissenschaftler der University of New South Wales (UNSW) und der Yokohama National University (YNU) haben nun eine neue Feststoffbatterie vorgestellt, bei der es dank ihres Elektrodenmaterials auch nach hunderten Ladezyklen zu keinen Kapazitätsverlusten kommt.
Laut ihrer Publikation im Fachmagazin Nature Materials haben sie für die positiven Elektroden (Kathoden) lithiumhaltige Vanadium-Oxide mit ungeordneter Salzgitterstruktur verwendet. Gemeinsam mit einem optimierten Elektrolyt konnten sie so eine Energiedichte von 750 Wattstunden pro Kilogramm erreichen. Herkömmliche Lithium-Ionen-Akkus, die etwa in Elektroautos verbaut werden, haben lediglich eine Energiedichte von etwa 120 Wh/kg.
Beachtlich ist außerdem die hohe Resilienz gegen Abnutzung der Feststoffbatterie. Bei einer Ladungsdichte von 300 mAh/g traten mit einem sulfitbasiertem Elektrolyt auch nach 400 Lade- und Entladezyklen keinerlei Kapazitätsverluste auf. Dies liegt auch an der geringen Schrumpfung und Ausdehnung der Kathode, deren chemische Eigenschaften dafür sorgen, dass ihr Volumen sowohl geladen als auch ungeladen nahezu identisch bleibt. Laut Neeraj Sharma kann die Entwicklung Akkukosten stark reduzieren.
„Das Fehlen von Kapazitätsverlusten nach 400 Ladezyklen ist ein Indiz für die überlegene Performance dieses Materials im Vergleich mit konventionellen Feststoffzellen mit Schichtaufbau. Diese Entdeckung könnte Akkukosten drastisch reduzieren. Die Entwicklung praktischer, hochperformanter Feststoffbatterien könnte auch zur Entwicklung fortgeschrittener elektrischer Fahrzeuge führen.“
Nature Materials, doi: 10.1038/s41563-022-01421-z
