Ein Teil einer Lithium-Metall-Festk?rperbatterie in Yibin in der südwestchinesischen Provinz Sichuan. 2. September 2024. (Foto: Xinhua/Tang Wenhao)

In einem bedeutenden Fortschritt, der die Zukunft von Elektrofahrzeugen ver?ndern k?nnte, haben chinesische Forscher einen Defekt entdeckt, der bei Lithium-Festk?rperbatterien zu Ausf?llen führt.

Festk?rperbatterien gelten als eine der vielversprechendsten L?sungen des kommenden Jahrzehnts und k?nnten die Energiespeicherung revolutionieren. Die gr??te Herausforderung besteht derzeit jedoch noch darin, die technischen Hürden zu überwinden.

Suche nach der grundlegenden Ursache

Im Gegensatz zu den in herk?mmlichen Batterien verwendeten flüssigen Elektrolyten k?nnen feste Elektrolyte Belastungen, die durch die Ausdehnung und Kontraktion des Lithiums w?hrend der Ladezyklen verursacht werden, nur schwer absorbieren.

Diese Spannungen k?nnen zu Rissen oder zur Bildung von Dendriten – winzigen, nadelartigen Strukturen, die Kurzschlüsse ausl?sen k?nnen – führen und stellen somit eine gro?e Herausforderung für die Industrialisierung der Technologie dar.

In ihrer neuen Studie stellten die Forscher der Tongji-Universit?t und der Huazhong University of Science and Technology fest, dass Ausf?lle von Festk?rperbatterien eng mit der Zyklusermüdung der Lithium-Metall-Anode zusammenh?ngen.

Sie stellten au?erdem fest, dass diese Ermüdung klar definierten mechanischen Prinzipien folgt, so wie das wiederholte Biegen einer Büroklammer diese schw?cht, bis sie schlie?lich bricht.

Diese Entdeckung, die am Freitag in der Fachzeitschrift ?Science“ ver?ffentlicht wurde, bietet einen quantitativen Rahmen für die Vorhersage von Batterielebenszyklen und er?ffnet neue Wege für die Entwicklung langlebigerer Energiespeichersysteme.

Batterierevolution

Festk?rperbatterien, in denen sich feste statt flüssige Elektrolyte befinden, erreichen eine deutlich h?here Energiedichte (bis zu 500 Wh/kg) als herk?mmliche Lithium-Ionen-Batterien (200–300 Wh/kg). Dies liefert mehr Energie bei gleichem Volumen und reduziert die Batteriegr??e.

Diese Batterien zeichnen sich au?erdem durch eine bessere thermische Stabilit?t und Nichtentflammbarkeit aus, und es besteht keine Gefahr des Austretens von Flüssigkeiten, was die Gefahr der Selbstentzündung und Explosion erheblich verringert.

Ouyang Minggao, Experte für neue Energiesysteme und Professor an der Tsinghua-Universit?t, sagt voraus, dass das Erreichen einer Energiedichte von 500 Wh/kg von entscheidenden Fortschritten in der Materialwissenschaft abh?ngen wird, wobei das Jahr 2027 ein entscheidendes Jahr für bahnbrechende Innovationen sein dürfte.

Die chinesischen Batteriegiganten CATL und BYD haben sich das Jahr 2027 als Ziel für die Kleinserienproduktion von Feststoffbatterien gesetzt. 

Das Shenzhen Institute of Advanced Technology der Chinesischen Akademie der Wissenschaften hat eine Kooperationsvereinbarung mit BYD unterzeichnet, die sich auf zukunftsweisende Bereiche wie Festk?rperbatterien konzentriert.

Sun Huajun, technischer Leiter der Batteriesparte von BYD, prognostiziert, dass Festk?rperbatterien um das Jahr 2030 gro?fl?chig Anwendung finden werden.

Chinas Vorsprung bei der Massenproduktion von Festk?rperbatterien liegt in der enormen Gr??e seiner Industrie und seines Marktes.

?Mit der umfassendsten Industriekette, dem gr??ten Markt und den meisten Forschern sind wir sehr zuversichtlich, was Chinas Ansatz und Fahrplan für diese Technologie angeht“, sagt Zu Sijie, Vice President von SAIC Motor.