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Jülicher Forscher entwickeln schnellladefähige Festkörperbatterie

© Foschungszentrum Jülich/Regine Panknin© Foschungszentrum Jülich/Regine Panknin

Jülich - Ein Hoffnungsträger in der Batterieforschung sind Festkörper-Batterien. Jülicher Forscher haben ein neues Konzept entwickelt, dass die Ladezeiten drastisch reduziert.

Festkörper-Batterien haben im Unterschied zu Lithium-Ionen-Batterien keinen Flüssigkeitsträger. Probleme bereitete bisher der hohe Widerstand an der Grenzfläche zwischen den Festkörpern, die keine großen Lade- und Entladeströme ermöglichten. Hier setzen die Jülicher Wissenschaftler an.

Die Mischung macht's - Neues Konzept patentiert
Die geringe Stromstärke gilt als einer der Knackpunkte bei der Entwicklung von Festkörperbatterien. Sie führt dazu, dass die Batterien relativ viel Zeit zum Laden benötigen. Etwa 10 bis 12 Stunden dauert es üblicherweise, bis eine Festkörperbatterie wieder voll ist. Der neue Zelltyp, den Jülicher Wissenschaftler entworfen haben, braucht dagegen weniger als eine Stunde, bis er wieder aufgeladen ist. "Mit den bisher beschriebenen Konzepten waren nur sehr geringe Lade-und Entladeströme möglich, die sich auf Probleme an den internen Festkörper-Grenzflächen zurückführen lassen. Hier setzt unser Konzept an, das auf einer günstigen Kombination der Materialien beruht und das wir auch schon patentiert haben", erklärt Dr. Hermann Tempel, Arbeitsgruppenleiter am Jülicher Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK-9).

Preisgünstiger Elektrolyt
Als stabiles Trägermaterial dient ein fester Elektrolyt, auf den Phosphat-Elektroden beidseitig per Siebdruck-Verfahren aufgetragen werden. Die verwendeten Materialien sind recht preisgünstig zu haben und relativ leicht zu verarbeiten, so die Forscher. Anders als herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien kommt die neue Festkörperbatterie zudem weitgehend ohne giftige oder bedenkliche Stoffe aus. Mit dem festen Elektrolyt können Laderaten von über 3C (bei einer Kapazität von etwa 50 mAh/g) ermöglicht werden, das ist zehnmal höher als die Werte, die man sonst in der Fachliteratur findet, so Hermann Tempel.

Ermutigende Tests der neuen Festkörper-Batterie
"In ersten Tests erwies sich die neue Batteriezelle mit über 500 Lade- und Entladezyklen recht stabil und verfügte danach immer noch über 84 Prozent ihrer ursprünglichen Kapazität", berichtet Dr. Shicheng Yu. "Hier besteht allerdings noch Verbesserungspotenzial. Theoretisch sollte sogar ein Verlust von unter einem Prozent machbar sein", so Shicheng Yu, der die Batterie im Rahmen eines Förderprogramms des China Scholarship Council (CSC) am Jülicher Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK-9) entwickelt und getestet hat.

Andwendungsfelder von Festkörper-Batterien
Der Einsatz von Festkörper-Batterien ist nicht nur auf die Elektromobilität beschränkt. Die Forscher gehen davon aus, dass die Festkörper-Batterien in Zukunft dort eingesetzt werden, wo es auf langlebige Betriebsdauern und sicheren Betrieb ankommt, wie etwa in der Medizintechnik oder bei integrierten Bauteilen im 'Smart Home' Bereich.

© IWR, 2018


24.08.2018

 




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