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Der feste Elektrolyt dient als Trägermaterial für die Elektroden. Diese werden beidseitig per Siebdruck-Verfahren aufgetragen.
Forschungszentrum Jülich / Regine Panknin

Der feste Elektrolyt dient als Trägermaterial für die Elektroden. Diese werden beidseitig per Siebdruck-Verfahren aufgetragen.

Wissenschaftlern am Forschungszentrum Jülich ist es gelungen eine Festkörperbatterie zu entwickeln, die deutlich schneller aufgeladen werden kann als herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien.

Der Vorteil von Festkörperbatterien liegt in deren Aufbau. Da sie keine Flüssigkeiten enthalten, können sie weder auslaufen noch in Brand geraten und werden daher als sicherer und langlebiger eingestuft als z.B. Lithium-Ionen-Batterien, die im Normalfall einen flüssigen oder gelartigen Elektrolyten enthalten.

Bisherige Konzepte von Festkörperbatterien ermöglichten laut der Forscher nur sehr niedrige Ladeströme, was zu langen Ladezeiten führte. Mit dem nun in einem Fachmagazin vorgestellten Versuchsreihen ist es den Wissenschaftlern gelungen, zehnmal größere Lade- und Entladeströme umzusetzen als bisher für Festkörperbatterien üblich war: Der neue Zelltyp konnte in weniger als einer Stunde aufgeladen werden.

Sehr hohe Zyklenfestigkeit theoretisch möglich

Gelungen ist dies durch die neuartige Materialauswahl aller Komponenten:

"Um dennoch einen möglichst großen Stromfluss über die Schichtgrenzen hinweg zu ermöglichen, haben wir alle Komponenten aus sehr ähnlichen Materialien aufgebaut. Anode, Kathode und Elektrolyt wurden alle aus verschiedenen Phosphatverbindungen gefertigt, die Laderaten von über 3C (bei einer Kapazität von etwa 50 mAh/g) zu ermöglichen. Das ist zehnmal höher als die Werte, die man sonst in der Fachliteratur findet", erklärt Dr. Hermann Tempel, Arbeitsgruppenleiter am Jülicher Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK-9).

Verbesserungspotenzial gibt es jedoch noch bei der Lebensdauer der Batterie. So wurden in den ersten Tests nach 500 Lade- und Entladezyklen noch 84 Prozent Restkapazität festgestellt, was von herkömmlichen Lithium-Ionen Batterien übertroffen wird. Die Forscher geben aber an, dass der Kapazitätsverlust theoretisch sogar auf unter 1Prozent gesenkt werden kann.

Einsatz in Elektroautos in Sicht

Und auch im Hinblick auf die Energiedichte muss die Festkörperbatterie den Vergleich mit dem derzeitigen Standardsystemen nicht scheuen und wird laut Institutsleiter Prof. Rüdiger-A. Eichel in absehbarer Zeit ihren Weg in die Automobilindustrie finden:  

"Die Energiedichte ist mit aktuell rund 120 Milliamperestunden pro Gramm (mAh/g) schon sehr hoch, auch wenn sie noch etwas unter der von heutigen Lithium-Ionen-Batterien liegt. Festkörperbatterien werden aktuell mit Hochdruck als Energiespeicher für Elektromobile der übernächsten Generation entwickelt“, so Eichel.

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