05.12.2022 • Energie

3D-Blick in Feststoffbatterien

Hochaufgelöste Röntgenaufnahmen klären das Problem einer störenden Rissbildung.

Feststoffbatterien (solid-state batteries, SSBs) gelten als aussichts­reiche Batterie­technologie der Zukunft. Gegenüber den aktuellen Lithiumionen­batterien, die in Mobiltelefonen, Laptops und Elektrofahrzeugen eingesetzt werden, versprechen SSBs noch höhere Energiedichten und vor allem auch eine bessere Sicherheit. Denn die leicht brennbaren, flüssigen Elektrolyte von Lithiumionen­batterien werden hier durch einen Feststoff ersetzt, so dass die gesamte Batterie nur aus festen Materialien besteht. Um eine solche Batterie herzustellen, müssen Anode, Kathode und Elektrolyt unter hohem Druck miteinander verpresst werden.

Abb.: Rekonstruktion der Bildung eines Kupferkristallits in einem...
Abb.: Rekonstruktion der Bildung eines Kupferkristallits in einem Kupfersulfid­partikel während der Entladung einer Lithium-CuS-Feststoff­batterie.

Einer Gruppe aus den Helmholtz-Zentren Berlin (HZB) und Hereon, der Humboldt-Universität zu Berlin und der Bundesanstalt für Material­forschung und -prüfung ist es nun gelungen, die Prozesse innerhalb einer solchen Feststoff­batterie während des Ladens und Entladens zu beobachten. Die Arbeitsgruppen von Philipp Adelhelm und Ingo Manke untersuchten das Verhalten von Kupfer­sulfid, einem natürlich vorkommenden Mineral, als Kathode in einer Feststoff­batterie. Als Anode wurde Lithium eingesetzt. Eine Besonderheit der Batterie ist, dass sich während der Entladung große Kupfer­kristallite bilden.

Mit Hilfe von Röntgentomographie ließ sich diese Bildung der Kristallite eingehend untersuchen. So konnte die Entlade- und Ladereaktion in 3D nachvoll­zogen und zum ersten Mal die Bewegung der Kathoden­partikel innerhalb der Batterie verfolgt werden. Zudem zeigte sich, dass sich Rissbildung durch höheren Druck effektiv verringern lässt. „Für die aufwendigen Messungen mussten wir einige Kompromisse eingehen und viele Referenz­experimente durchführen“ erklären Zhenggang Zhang und Kang Dong. „Die Ergebnisse geben aber detaillierte Einblicke in das Innenleben einer Feststoff­batterie und zeigen, wie sich deren Eigenschaften verbessern lassen“.
 

HZB / JOL

Weitere Infos

Virtuelle Jobbörse

Virtuelle Jobbörse
Eine Kooperation von Wiley-VCH und der DPG

Virtuelle Jobbörse

Innovative Unternehmen präsentieren hier Karriere- und Beschäftigungsmöglichkeiten in ihren Berufsfeldern.

Die Teilnahme ist kostenfrei – erforderlich ist lediglich eine kurze Vorab-Registrierung.

Weiterbildung

Weiterbildungen im Bereich Quantentechnologie
TUM INSTITUTE FOR LIFELONG LEARNING

Weiterbildungen im Bereich Quantentechnologie

Vom eintägigen Überblickskurs bis hin zum Deep Dive in die Technologie: für Fach- & Führungskräfte unterschiedlichster Branchen.

Meist gelesen

Themen