Batterie-Guru Dahn skeptisch bei Feststoffzellen

Batterieexperte Jeff Dahn von der Dalhousie University ist seit 2016 Forschungspartner von Tesla und berichtet nun über einen neuen Ansatz für Zellen mit höherer Energiedichte. Dabei handelt es sich um Lithium-Metall-Zellen im Pouch-Format mit Flüssigelektrolyt.

Der Ansatz: Das Team rund um Dahn kombiniert eine neue Lithium-Metall-Anode mit einem flüssigen Elektrolyten. Das verspreche eine höhere Energiedichte als bei herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien. Die Forschung wurde von Tesla Canada R&D und der kanadischen Behörde Natural Sciences and Engineering Research Council unterstützt.

Die Besonderheit ist, dass Lithium-Metall-Anoden bislang vor allem bei Batteriezellen mit Feststoffelekrolyt verwendet werden – in Lithium-Ionen-Zellen besteht die Anode meist aus Graphit. Laut der im Fachmagazin „Nature Energy“ veröffentlichten Arbeit geht es um „anodenfreie Lithium-Metall-Zellen im Pouch-Format mit LiDFOB/LiBF4-Flüssigelektrolyt mit zwei Salzen“. Somit könnte die höhere Energiedichte der Lithium-Metall-Chemie mit einem Flüssigelektrolyt verwendet werden.

Bei den Feststoffakkus, auf die in der Branche große Hoffnungen gesetzt werden, ist Dahn nach eigenen Angaben skeptisch. Es sei laut der „Nature“-Veröffentlichung noch nicht gelungen, bei Feststoffakkus Metallablagerungen an den Elektroden, sogenannte Lithium-Dendriten, zu vermeiden. Unklar sei auch, ob sich Feststoff-Zellen in den bestehenden Produktionsanlagen für Zellen mit Flüssig-Elektrolyt fertigen lassen – eine weitere Nutzung dieser teuren Anlagen könnte wirtschaftlicher sein als eine neue Technologie.

Kürzlich hat ein Forscherteam unter Beteiligung der TU Graz einen neuen Festelektrolyt entwickelt, der deutlich verbesserte Eigenschaften besitzen soll. Von Lithium-Dendriten war in der Mitteilung aber keine Rede.

Die neuartigen Flüssig-Elektrolyt-Zellen hätten nach 50 Zyklen im Labor noch keine Dendriten aufgewiesen, so Dahn. Nach 90 Zyklen habe diese Zelle in Tests noch 80 Prozent ihrer Kapazität aufgewiesen, was der bisherige Rekord für Zellen mit null Lithium-Überschuss sei. Allerdings handelt es sich hierbei um Labor-Ergebnisse auf Zellebene – nicht in einem Batteriepack, wie er in einem Fahrzeug verwendet wird.

Dennoch geben sich die Forscher optimistisch: „Dieser Bericht zeigt, dass mit praktischen flüssigen Elektrolyten ein stabiler Kreislauf von Lithium-Metall-Zellen möglich sein könnte, von dem wir glauben, dass er den Forschungsschwerpunkt auf diesem Gebiet von Festkörperbatterien abwenden könnte.“
teslamag.de, greencarcongress.com, nature.com