Feststoffakku: SK On experimentiert mit photonischem Sintern

SK On kooperiert bei der Feststoffakku-Forschung mit koreanischen Universitäten und Institutionen – und gibt an, wichtige Erkenntnisse aus seinen Entwicklungsprojekten jüngst in renommierten Fachzeitschriften veröffentlicht zu haben. Auch seien Patentanträge für mehrere Forschungsergebnisse im In- und Ausland eingereicht worden, teilt das Unternehmen mit. Das Hauptaugenmerk der Südkoreaner lag dabei auf einer weiteren Verbesserung der Zyklenlebensdauer von Festkörperbatterien und die Weiterentwicklung des Herstellungsprozesses. Als Schlagworte dienen dabei die „photonische Sintertechnologie“ und „LMRO-Kathodenmaterialien“.

Zunächst zur photonischen Sinterung: Dabei handelt es sich um ein Verfahren, bei dem intensive Lichtenergie eingesetzt wird, um die Bindung von Pulverteilchen zu verstärken, was zu einer festen Masse mit erhöhter Festigkeit, Haltbarkeit und verbesserten Materialeigenschaften führt. Diese traditionell bei der Leiterplatten-Produktion eingesetzte Technologie übertrug SK On zusammen mit einer Forschergruppe des Korea Institute of Ceramic Engineering and Technology auf die Herstellung von oxidreichen anorganisch-organischen Hybrid-Festkörperelektrolyten.

Hybrid deshalb, weil Festelektrolyte grob in sulfidbasierte, oxidbasierte und polymerbasierte Typen eingeteilt werden, und bei der hier im Fokus stehenden Forschungsarbeit durch das photonische Sintern Materialien auf Oxidbasis mit einem Gelpolymer-Elektrolyten kombiniert wurden. „Experimentelle Ergebnisse zeigten, dass Batterien mit diesem Hybridelektrolyten eine ausgezeichnete Zykluslebensdauer aufweisen“, schreibt SK On. Die Herangehensweise unterscheidet sich signifikant vom bisherigen Verfahren: „Oxidbasierte Elektrolytmaterialien erfordern in der Regel eine Hochtemperatur-Wärmebehandlung bei über 1.000 Grad Celsius für mehr als 10 Stunden. Die Produktionskosten und Probleme wie Sprödbrüche behindern die Skalierbarkeit jedoch erheblich“, führt SK On aus. Das photonische Sintern erfolge dagegen schneller und bei niedrigen Temperaturen.

Um den photonischen Sinterprozess zu verbessern, identifizierte das Forschungsteamnach eigenen Angaben zunächst anorganische Farbstoffe, die den Energieverlust durch Lichteinwirkung minimieren, und wandte sie auf Oxidelektrolytmaterialien an. Durch den Einsatz der Sintertechnologie sei es gelungen, eine poröse Mikrostruktur mit optimaler Gleichmäßigkeit zu erzeugen, so der Batteriehersteller.

In einer weiteren Studie untersuchte SK On mit einem Team der Seoul National University das Potenzial von lithium- und manganreichen Schichtoxidkathoden (LMRO-Kathoden) für sulfidbasierte Feststoffbatterien. Zu dem Thema liefern die Südkoreaner folgende Einführung: „LMRO-Kathodenmaterialien sind kosteneffizient, da sie auf Mangan basieren, das günstiger ist als Nickel und Kobalt. Bei der Verwendung mit flüssigen Elektrolyten in herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien sind LMROs jedoch mit Problemen wie Gasbildung, Spannungsabfall und Kapazitätsverlust konfrontiert, was die Forscher dazu veranlasste, ihre Verwendung in Feststoffakkus zu untersuchen.“

Durch verschiedene Analysen fand die Gruppe heraus, dass Sauerstoff, der beim Laden und Entladen unter Hochtemperatur- und Hochspannungsbedingungen freigesetzt wird, den sulfidischen Festelektrolyten oxidiert, was zu einer Verschlechterung der Performance führt. Um dieses Problem zu beheben, entwickelte das Team ein spezielles Beschichtungsmaterial, das die Freisetzung von Sauerstoff unterdrückt und die Lebensdauer der Batterie erhöht.

„Diese Errungenschaften sind das Ergebnis der proaktiven F&E-Bemühungen von SK On und seiner außergewöhnlichen technischen Fähigkeiten, die Synergien mit Experten aus dem akademischen Bereich und Institutionen schaffen“, äußert Kisoo Park, Leiter der F&E-Abteilung von SK On. „Wir werden uns weiterhin dafür einsetzen, die Forschung und Entwicklung voranzutreiben, um im Bereich der Batterien der nächsten Generation führend zu sein.“

SK On entwickelt aktuell zwei Arten von Feststoffakkus: Eine Variante mit Polymer-Oxid-Verbundwerkstoffen und eine sulfidbasierte Variante, deren kommerzielle Prototypen bis 2027 bzw. 2029 erwartet werden. Die Festkörperbatterie-Pilotanlage des Unternehmens, die derzeit im koreanischen Forschungszentrum in Daejeon unter Mithilfe von Solid Power gebaut wird, soll in der zweiten Hälfte des Jahres 2025 fertiggestellt werden.

SK On veröffentlicht in diesem Zuge regelmäßig Updates zum F&E-Fortschritt. Vergangenen Sommer machte das Unternehmen beispielsweise publik, einen festen Polymer-Elektrolyten für Lithium-Metall-Batterien geschaffen zu haben, der bei Raumtemperatur betrieben werden kann.

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