Fortschritte in der Festkörperbatterie-Forschung in Kanada
Das Hauptproblem, mit dem Forscher bei den vielversprechenden Lithium-Festkörperbatterien konfrontiert sind, ist der Widerstand, der sich an der Schnittstelle zwischen dem keramischen Elektrolyten und den Elektroden bildet. Dieser Widerstand verringert die Batterieeffizienz und begrenzt die Energiemenge, die die Batterie liefern kann, was letztendlich die Leistung beeinträchtigt.
Unter der Leitung von Professor George Demopoulos vom Fachbereich Werkstofftechnik entdeckte die Forschungsgruppe, dass eine poröse Keramikmembran, die mit einer kleinen Menge Polymer gefüllt ist, den freien Verkehr von Lithium-Ionen in der Batterie ermöglicht. Dadurch wird der Grenzflächenwiderstand zwischen dem Festelektrolyten und den Elektroden beseitigt, was die Batterieleistung erheblich steigert. „Dies verbessert nicht nur die Leistung der Batterie, sondern schafft auch eine stabile Schnittstelle für den Hochspannungsbetrieb, was eines der wichtigsten Ziele der Industrie ist“, so Professor George Demopoulos.
Bisherige Lithium-Ionen-Batterien in Elektroautos basieren auf flüssigen Elektrolyten, die aufgrund ihrer Entflammbarkeit ein Sicherheitsrisiko darstellen. Außerdem verschlechtern sich diese Batterien mit der Zeit, was zu einer geringeren Reichweite und Leistung führt. Festkörperbatterien, die derzeit von verschiedenen Playern wie CATL oder auch in einer Kooperation von Factorial Energy und Mercedes-Benz entwickeln werden, sollen diese Probleme ausmerzen und gelten als großer Hoffnungsträger der Branche.
Laut den McGill-Forschern haben Lithium-Festkörperbatterien nicht nur das Potenzial, die Energiedichte von Batterien erheblich zu erhöhen, so dass Elektrofahrzeuge mit einer einzigen Ladung eine längere Strecke als bislang fahren können. Sondern sie verbessern auch die Sicherheit, indem sie das Risiko von Überhitzung und Feuer verringern.
Wenn Festkörper-Lithiumbatterien zu einer praktikablen Option werden, könnten sie die weltweite Umstellung auf Elektromobilität beschleunigen und dazu beitragen, die Treibhausgasemissionen zu senken und die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen zu verringern.
„Diese Entdeckung bringt uns der Entwicklung der nächsten Generation sicherer und effizienter Batterien für Elektrofahrzeuge näher“, sagt Senhao Wang, Doktorand am Fachbereich Materialtechnik der McGill University und Erstautor der Studie. Es gibt zwar noch einiges zu tun, bevor diese Technologie für die Massenproduktion bereit ist, aber das Forschungsergebnis ist vielversprechend.
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