Ein Festkörperelektrolyt für Batterien aus Gummi?
Ja, Sie lesen richtig! Die richtigen Ideen muss man halt haben.
Ein gängiges Problem von Lithium-Batterien sind fehlende Nachhaltigkeit und Sicherheit.
Bei mechanischen oder auch thermischen Beschädigungen von Li-Batterien können Elektrolytgase wie z. B. Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Wasserstoff oder auch Methan austreten, ein weiteres Problem ist die gefürchtete Dendritenbildung des Lithiums, die zu einem internen Kurzschluss und damit zum thermischen Runaway führen kann.
Deshalb sind die großen Batteriehersteller wie CATL oder auch SK Innovation dabei, alternative Festkörperbatterien zu erforschen, um derlei Probleme wie fehlende Nachhaltigkeit und Sicherheit zu optimieren. Meist wird hier auf anorganisches Keramikmaterial oder organische Polymere zurückgegriffen. Allerdings sind diese oftmals schwer herzustellen, teuer und auch nicht ganz ungefährlich.
Forscher am Georgia Institute of Technology, zusammen mit Kollegen in Korea, haben ein Material entwickelt, das hier wirklich Abhilfe schaffen könnte: Gummi!
Elastomere oder synthetische Kautschuke haben hervorragende mechanische Eigenschaften. Wenn das Material zu einer 3D-Struktur formuliert wird, kann es als Superautobahn für den schnellen Transport von Li-Ionen dienen, was zu länger aufladbaren Batterien mit größerer Reichweite führen kann.
So wurde ein organisches Polymer auf Kautschukbasis synthetisiert, das die üblichen Nachteile wie langsamer Li-Ionen Transport, schlechte mechanische Eigenschaften oder elektrochemische Instabilität nicht aufweist. Das Material bildet eine dreidimensionale, miteinander verbundene Kunststoffkristallphase innerhalb der robusten Gummimatrix aus. Bei der Herstellung wird dieser Kautschukelektrolyt durch ein einfaches Polymerisationsverfahren bei niedrigen Temperaturen hergestellt. Es entstehen hierbei robuste und glatte Grenzflächen an der Oberfläche der Elektroden. Diese verhindern gänzlich das Wachstum von Li-Dendriten, die Lithium-Ionen können sich schneller bewegen, erhöhen damit die spezifische Energie und Energiedichte und steigern dadurch die Laufleistung. An der Erhöhung der Laufleistung wird nun fleißig geforscht.
Diese All-Solid-State-Batterien werden den Markt für Elektromobilität sicherlich verändern. Das sieht man auch daran, dass ein Unternehmen wie SK Innovation nun plant, ein Batteriewerk der nächsten Generation ebengerade in Georgien zu bauen. Einer schnellen Kommerzialisierung dieser Batterien steht somit nichts im Weg.
Wieder ein Schritt in die möglicherweise richtige Richtung – wir von SVP bleiben am Ball!
Quellen: Georgia Institute of Technology, Korea Advanced Institute of Science and Technology, SK Innovation, Januar 2021
