Feststoffbatterien der nächsten Generation versprechen höhere Energiedichte und größere Sicherheit als heutige Lithium-Ionen-Batterien — aber sie werden von einem anhaltenden Problem geplagt: der Bildung winziger Lithium-Metall-Spitzen, sogenannter Dendriten.
Forscher des MIT und der Technischen Universität München (TUM) haben nun genau herausgefunden, warum diese Dendriten entstehen — und wie man sie stoppen kann. Ihre heute in Nature Nanotechnology veröffentlichten Ergebnisse könnten die Entwicklung von Feststoffbatterien beschleunigen.
Der Übeltäter: Korngrenzen
Das Team entdeckte, dass die Kerne dieser Korngrenzen eine lokale elektrische Ladung tragen, die elektrische Felder aufbaut, welche die Bewegung von Lithium-Ionen behindern und gleichzeitig eine Ansammlung von Elektronen verursachen.
Eine Verbesserung um 300 Prozent
Die Forscher passten die Verarbeitungsbedingungen des Festelektrolyten LLZO an und minimierten die negativen Ladungen an den Korngrenzen. Der modifizierte Elektrolyt erreichte eine kritische Stromdichte, die mehr als 300 Prozent über der des Ausgangsmaterials lag.
Sicherheitsaspekte
Durch Dendriten verursachte Kurzschlüsse sind ein bekanntes Brandrisiko. Die Ergebnisse liefern einen klaren Fahrplan für Batterieforscher weltweit, um die Entwicklung leistungsstarker, langlebiger Feststoffbatterien zu beschleunigen.
