{"id":111968,"date":"2026-01-12T09:45:28","date_gmt":"2026-01-12T08:45:28","guid":{"rendered":"https:\/\/www.sonnenseite.com\/?p=111968"},"modified":"2026-01-12T09:45:29","modified_gmt":"2026-01-12T08:45:29","slug":"neues-verfahren-fuer-stabile-und-langlebige-festkoerperbatterien","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.sonnenseite.com\/de\/wissenschaft\/neues-verfahren-fuer-stabile-und-langlebige-festkoerperbatterien\/","title":{"rendered":"Neues Verfahren f\u00fcr stabile und langlebige Festk\u00f6rperbatterien"},"content":{"rendered":"\n
Forschenden des Paul Scherrer Instituts (PSI) ist ein bedeutender Fortschritt auf dem Weg zur praktischen Anwendung von Lithium-Metall-Festk\u00f6rperbatterien gelungen. <\/p>\n\n\n\n
Die n\u00e4chste Generation von Akkus verspricht h\u00f6here Energiedichten, mehr Sicherheit und k\u00fcrzere Ladezeiten als heutige Lithiumionen-Batterien \u2013 und gilt als Schl\u00fcsseltechnologie f\u00fcr Elektromobilit\u00e4t, mobile Elektronik und station\u00e4re Energiespeicher.<\/p>\n\n\n\n
Festk\u00f6rperbatterien verzichten auf brennbare fl\u00fcssige Elektrolyte und gelten daher grunds\u00e4tzlich als sicherer. Dennoch stehen ihrer Marktreife bislang zwei zentrale Herausforderungen im Weg: die Bildung von Lithiumdendriten \u2013 feine, nadelartige Metallstrukturen, die Kurzschl\u00fcsse verursachen k\u00f6nnen \u2013 sowie die elektrochemische Instabilit\u00e4t an der Grenzfl\u00e4che zwischen Lithium-Metall-Anode und Festelektrolyt. Beide Effekte beeintr\u00e4chtigen die Lebensdauer und Zuverl\u00e4ssigkeit der Batterien erheblich.<\/p>\n\n\n\n
Ein Team um Mario El Kazzi, Leiter der Gruppe Batteriematerialien und Diagnose am PSI, hat nun ein neues Fertigungsverfahren entwickelt, das genau diese beiden Probleme adressiert. \u00abWir haben zwei Ans\u00e4tze kombiniert, die gemeinsam sowohl den Elektrolyten verdichten als auch die Grenzfl\u00e4che zum Lithium stabilisieren\u00bb, erkl\u00e4rt El Kazzi. Die Ergebnisse wurden im Fachjournal Advanced Science<\/em> ver\u00f6ffentlicht.Das Problem der Verdichtung<\/p>\n\n\n\n
Im Zentrum der Studie steht der sulfidbasierte Festelektrolyt Li\u2086PS\u2085Cl (LPSCl) aus der sogenannten Argyrodit-Familie. Dieses Material zeichnet sich durch eine besonders hohe Lithiumionenleitf\u00e4higkeit aus \u2013 eine entscheidende Voraussetzung f\u00fcr leistungsf\u00e4hige und schnell ladende Batterien. Bisher scheiterte der Einsatz jedoch h\u00e4ufig daran, den Elektrolyten ausreichend zu verdichten. In por\u00f6sen Strukturen k\u00f6nnen sich Hohlr\u00e4ume bilden, in die Lithiumdendriten eindringen und die Batterie sch\u00e4digen.<\/p>\n\n\n\n
Bisherige Verdichtungsstrategien hatten jeweils gravierende Nachteile: Starkes Pressen bei Raumtemperatur f\u00fchrte zu por\u00f6sen Mikrostrukturen und unerw\u00fcnschtem Kornwachstum, w\u00e4hrend klassische Heisspress- oder Sinterverfahren bei Temperaturen \u00fcber 400 Grad Celsius das Risiko einer chemischen Zersetzung des Elektrolyten bergen.<\/p>\n\n\n\n
Sanftes Sintern bei niedriger Temperatur<\/h4>\n\n\n\n
Die PSI-Forschenden w\u00e4hlten deshalb einen neuen, schonenderen Ansatz. Sie pressten das Argyrodit-Material unter m\u00e4ssigem Druck bei einer moderaten Temperatur von rund 80 Grad Celsius. Dieses \u00absanfte Sintern\u00bb reichte aus, um die Partikel dicht und homogen anzuordnen, ohne die chemische Stabilit\u00e4t des Materials zu beeintr\u00e4chtigen. Poren und Hohlr\u00e4ume wurden geschlossen, die Mikrostruktur verdichtete sich \u2013 eine entscheidende Voraussetzung, um das Eindringen von Lithiumdendriten zu verhindern und gleichzeitig einen schnellen Ionentransport zu erm\u00f6glichen. <\/p>\n\n\n\n
Allein dieser Schritt war jedoch noch nicht ausreichend, um die Batterie auch bei hohen Stromdichten stabil zu betreiben, wie sie etwa beim Schnellladen auftreten.<\/p>\n\n\n\n
\u00a0Ultrad\u00fcnne Schutzschicht gegen Dendriten<\/h4>\n\n\n\n
Als zweiten Baustein brachten die Forschenden eine nur 65 Nanometer d\u00fcnne Schicht aus Lithiumfluorid (LiF) auf der Oberfl\u00e4che der Lithium-Metall-Anode auf. Die Beschichtung wurde unter Vakuum verdampft und bildet eine gleichm\u00e4ssige Passivierungsschicht an der Grenzfl\u00e4che zwischen Anode und Festelektrolyt.<\/p>\n\n\n\n
Diese Zwischenschicht erf\u00fcllt gleich zwei Funktionen: Sie verhindert die elektrochemische Zersetzung des Festelektrolyten im Kontakt mit Lithium und unterdr\u00fcckt damit die Bildung von inaktivem, sogenanntem \u00abtotem\u00bb Lithium. Gleichzeitig wirkt sie als physikalische Barriere gegen das Wachstum und Eindringen von Lithiumdendriten in den Festelektrolyten.<\/p>\n\n\n\n
Herausragende Ergebnisse im Dauertest<\/h4>\n\n\n\n
In Laborversuchen mit Knopfzellen zeigte die neu entwickelte Festk\u00f6rperbatterie eine aussergew\u00f6hnliche Leistungsf\u00e4higkeit. \u00abDie Zyklusstabilit\u00e4t bei hoher Spannung war bemerkenswert\u00bb, sagt Jinsong Zhang, Doktorand und Hauptautor der Studie. Nach 1500 Lade- und Entladezyklen verf\u00fcgte die Zelle noch \u00fcber rund 75 Prozent ihrer urspr\u00fcnglichen Kapazit\u00e4t. \u00abDas sind Bestwerte im internationalen Vergleich\u00bb, so Zhang. Solche Ergebnisse n\u00e4hren die Hoffnung, dass Festk\u00f6rperbatterien herk\u00f6mmliche Lithiumionen-Batterien in absehbarer Zeit sowohl bei der Energiedichte als auch bei der Lebensdauer \u00fcbertreffen k\u00f6nnten.<\/p>\n\n\n\n
\u00a0Schritt Richtung industrielle Anwendung<\/h4>\n\n\n\n
Mit der Kombination aus mildem Sintern des Festelektrolyten und einer ultrad\u00fcnnen Passivierungsschicht auf der Lithium-Anode zeigt das PSI-Team erstmals einen wirksamen Weg, zwei der gr\u00f6ssten H\u00fcrden der Festk\u00f6rperbatterieforschung gleichzeitig zu \u00fcberwinden. Dar\u00fcber hinaus bringt das Verfahren \u00f6kologische und wirtschaftliche Vorteile mit sich: Die niedrigen Prozesstemperaturen sparen Energie und senken die Produktionskosten.<\/p>\n\n\n\n
\u00abUnser Ansatz ist eine praktische L\u00f6sung f\u00fcr die industrielle Herstellung von Festk\u00f6rperbatterien auf Argyroditbasis\u00bb<\/em>, sagt El Kazzi. \u00abMit einigen zus\u00e4tzlichen Anpassungen k\u00f6nnte diese Technologie bald f\u00fcr den Einsatz bereit sein.\u00bb <\/em><\/p>\n\n\n\n
Was sind Festk\u00f6rperbatterien?<\/strong> Elektrolyte erm\u00f6glichen in Batterien den Transport von Ionen zwischen Anode und Kathode. W\u00e4hrend herk\u00f6mmliche Lithiumionen-Batterien fl\u00fcssige Elektrolyte verwenden, setzen Festk\u00f6rperbatterien auf feste Materialien. Das erh\u00f6ht die Sicherheit, da keine brennbaren Fl\u00fcssigkeiten enthalten sind. Zudem erlauben Festk\u00f6rperbatterien den Einsatz von Lithium-Metall-Anoden, die deutlich h\u00f6here Energiedichten erm\u00f6glichen \u2013 ein entscheidender Vorteil f\u00fcr Elektrofahrzeuge mit gr\u00f6sserer Reichweite und langlebige Energiespeicher.<\/p>\n\n\n\n