Sicherer durch keramische Elektrolyte

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Bald schon könnten Lithium-Batteriehersteller für die Automobilindustrie ihre vorhandenen Produktionsstraßen auf keramische Festkörperbatterien umrüsten, um sichere, nicht brennbare Lithium-Autobatterien auf breiter Basis anzubieten. Wenn normale Flüssigelektrolyte über einen längeren Zeitraum erhitzt werden, bauen diese ab und überhitzte Batterien können in Brand geraten.

Materialwissenschaftlern des Georgia Institute of Technology ist es gelungen, Festkörperelektrolyte mit einem Schmelzpunkt von 300°C oder darunter, über einen Schmelz-Infiltrations-Prozess in dichte, thermisch stabile Elektroden einzubringen, die dort kapillargesteuert in den porösen Festkörper infiltrieren und bei Abkühlung zu einem hochdichten Verbundwerkstoff führen.

Diese nicht brennbaren Keramikelektrolyte könnten anstelle flüssiger Elektrolyte in großen Lithium-Batterien eingesetzt werden, und das durch dieselben Herstellungsprozesse wie bei der Produktion von Batterien mit herkömmlichen Flüssigelektrolyten.

Diese sogenannten All-Solid-State-Automobil-Lithium-Ionen-Batterien (ASSLB) konnten von den Forschern schon mit Lithium-Nickel-Mangan-Cobalt-Oxid-Kathoden und Lithium-Titan-Oxid- sowie Graphit-Anoden hergestellt werden.

Das Ganze ist sicherlich noch nicht marktreif, aber die hohe Nachfrage nach Elektromobilität und die derzeit noch sehr hohen Kosten pro Kilowattstunde für Flüssigelektrolyt-Batterien könnten Hersteller dazu bringen, ihre bestehenden Produktionsstraßen mit nur wenig Aufwand auf Festkörperbatterien umzurüsten. Denn es kann fast die ganze vorhandene Ausrüstung für die Herstellung von Elektroden und Zellen weiterverwendet werden und dem Verbraucher könnte dann gänzlich die Angst vor potenziell brennbaren Lithium-Batterien genommen werden.

Autor: Dr. Ronald Hinz, Market Intelligence Senior Expert, SVP Deutschland AG
Quelle: Yiran Xiao, Kostiantyn Turcheniuk, Aashray Narla, Ah-Young Song, Xiaolei Ren, Alexandre Magasinski, Ayush Jain, Shirley Huang, Haewon Lee, Gleb Yushin. Electrolyte melt infiltration for scalable manufacturing of inorganic all-solid-state lithium-ion batteries. Nature Materials, 2021; DOI: 10.1038/s41563-021-00943-2