Zukunft Feststoffbatterie

Gießener Physiko­chemiker um Jürgen Janek und Felix Richter analysieren die Eigenschaften und Leistungsdaten zukünftiger Feststoff­batterien, gemeinsam mit einer Reihe weiterer Wissen­schaftler unter anderem aus dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT), der BASF SE, der BMW AG und der Volkswagen AG. Die neue Analyse schlägt die Brücke zwischen Messungen an eigenen Feststoff­batterien mit Referenz­charakter und einer umfassenden Bewertung des inter­nationalen Stands der Forschung. 

Feststoff­batterien werden heute intensiv als mögliche Weiter­entwicklung der bekannten Lithium-Ionen-Batterien erforscht. In Feststoff­batterien wird der bisherige flüssige und organische Elektrolyt durch einen meist anorganischen, festen keramischen Elektro­lyten ersetzt. Dies könnte die Stabilität und Lebensdauer von Lithium-basierten Batterien erheblich verbessern. Wenn durch den Einsatz fester Elektrolyte auch die Nutzung von Lithium­metall als Elektroden­material möglich würde, könnte dies die Energiedichte der Batterien spürbar vergrößern. Aus diesem Grund entwickeln Industrie­unternehmen und Forschungs­einrichtungen in aller Welt Batterie­konzepte auf Feststoffbasis.

Nun analysieren und bewerten die Gießener Forscher mit ihren Partnern die wesentlichen Eigen­schaften von Feststoff­batterien, abhängig von der Wahl des Fest­elektrolyten. Sie kommen unter anderem zu dem Ergebnis, dass Feststoff­batterien durchaus Vorteile gegenüber etablierten Lithium-Ionen-Batterien bringen können – dass aber hierfür noch eine ganze Reihe von Meilensteinen, sowohl im Bereich der Fest­elektrolyte als auch im Bereich der Grenzflächen der verschiedenen Batterie­materialien, erreicht werden müssen. So zeigt die Analyse aller aus vorherigen Publikationen bekannten Zelldaten, dass die Energie- und Leistungs­daten noch merklich verbessert werden müssen. Die wichtigsten Ansätze für diese Verbesserung werden erläutert und bewertet.  

Die Analyse ist das Ergebnis der Arbeit eines vom Bundes­ministerium für Bildung und Forschung geförderten Projektes, an dem neben der JLU acht weitere Partner­einrichtungen beteiligt waren. Die experimentellen Arbeiten wurden im Wesent­lichen an der JLU und in der Gruppe von Ellen Ivers-Tiffée am KIT durchgeführt. Die enge Kooperation von JLU und KIT im Bereich der Batterie­forschung wird auch durch die Mitwirkung der AG Janek im Exzellenzcluster POLIS (KIT/U Ulm) und die wissen­schaftliche Leitung des BASF/KIT-Gemeinschafts­labors BELLA sichtbar.

JLU Gießen / JOL

Weitere Infos

• Originalveröffentlichung
  S. Randau et al.: Benchmarking the performance of all-solid-state lithium batteries, Nat. Ener. 5, 259 (2020); DOI: 10.1038/s41560-020-0565-1
• Physikalische Festkörperchemie – Festkörperionik und Elektrochemie (J. Janek), Justus-Liebig-Universität Gießen