FZ Jülich entwickelt schnellladefähigen Feststoff-Akku

Jülicher Wissenschaftler haben ein neues Konzept für Festkörper-Batterien vorgestellt, das zehnmal größere Ströme beim Laden und Entladen erlaubt als in der Fachliteratur bislang beschrieben. Die Verbesserung erzielten sie durch eine „clevere“ Materialwahl. 

Alle Komponenten wurden aus Phosphatverbindungen gefertigt, die chemisch und mechanisch sehr gut zusammenpassen. Im Vordergrund stand dabei eine durchgängig gute Passfähigkeit.

Das Forschungszentrum Jülich beschreibt die geringe Stromstärke als einen der Knackpunkte bei der Entwicklung von Feststoff-Akkus. Die Batterien würden etwa zehn bis zwölf Stunden für einen Ladevorgang benötigen. „Mit den bisher beschriebenen Konzepten waren nur sehr geringe Lade-und Entladeströme möglich, die sich auf Probleme an den internen Festkörper-Grenzflächen zurückführen lassen. Hier setzt unser Konzept an, das auf einer günstigen Kombination der Materialien beruht und das wir auch schon patentiert haben“, erklärt Dr. Hermann Tempel, Arbeitsgruppenleiter am Jülicher Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK-9).

Der neue Zelltyp, den Jülicher Wissenschaftler entworfen haben, brauche dagegen weniger als eine Stunde, bis er wieder aufgeladen ist. Eine Erklärung hierfür liefert Tempel auch gleich mit: „Anode, Kathode und Elektrolyt wurden alle aus verschiedenen Phosphatverbindungen gefertigt, die Laderaten von über 3C (bei einer Kapazität von etwa 50 mAh/g) ermöglichen. Das ist zehnmal höher als die Werte, die man sonst in der Fachliteratur findet.“ Als stabiles Trägermaterial dient der feste Elektrolyt, auf den die Phosphat-Elektroden beidseitig per Siebdruck-Verfahren aufgetragen werden. Die verwendeten Materialien seien recht preisgünstig zu haben und relativ leicht zu verarbeiten.

Institutsleiter Prof. Rüdiger-A. Eichel ist von den Vorteilen des neuen Batteriekonzepts ebenfalls überzeugt. „Die Energiedichte ist mit aktuell rund 120 Milliamperestunden pro Gramm (mAh/g) schon sehr hoch, auch wenn sie noch etwas unter der von heutigen Lithium-Ionen-Batterien liegt“, erklärt Eichel. „In ersten Tests erwies sich die neue Batteriezelle über 500 Lade- und Entladezyklen recht stabil und verfügte danach immer noch über 84 Prozent ihrer ursprünglichen Kapazität“, fügt Dr. Shicheng Yu hinzu. „Hier besteht allerdings noch Verbesserungspotenzial. Theoretisch sollte sogar ein Verlust von unter einem Prozent machbar sein“, so Shicheng Yu, der die Batterie im Rahmen eines Förderprogramms des China Scholarship Council (CSC) am Jülicher Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK-9) entwickelt und getestet hat.
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