Festkörperbatterien

Festkörperbatterien sind wiederaufladbare Energiespeicher, in denen der herkömmliche flüssige Elektrolyt durch einen Festkörpelelektrolyten ersetzt wird. Dieser Elektrolyt leitet Lithiumionen zwischen Anode und Kathode, wodurch der Aufbau meist als all-solid-state-Variante bezeichnet wird. Festkörpelektrolyte können keramisch, glasartig oder polymerbasiert sein.

In der Praxis setzt sich die Batterie aus einer Anode, einem Festkörpelektrolyten und einer Kathode zusammen. Lithiumionen wandern beim Laden/Entladen durch den Festkörpelektrolyten; die Grenzflächen zwischen Elektroden und Elektrolyt müssen gut konditioniert sein, damit der Kontakt stabil bleibt und elektrische Verluste minimiert werden. Durch die Festkörperlösung sollen dendritische Kurzschlüsse unterdrückt und Sicherheitsrisiken verringert werden.

Vorteile: Höhere Sicherheit dank fehlendem flüssigen, brennbaren Elektrolyten; Potenzial für höhere Energiedichte durch Lithium-Metall-Anoden; breiterer elektrochemischer Stabilitätsbereich; bessere Temperaturstabilität.

Herausforderungen: Herstellungskosten, Skalierbarkeit, Reproduzierbarkeit; hohe Interfacialresistanzen; Materialkompatibilität; mechanische Eigenschaften der Festkörpelektrolyten; Langzeitstabilität und Zykluslebensdauer; derzeitige Fertigungstechniken noch weit von der Massenproduktion entfernt.

Status: Weltweite Forschung, Prototypen in Fahrzeugen und Elektronik; viele Industriepartner verfolgen Pilotprojekte; kommerzielle All-Solid-State-Batterien sind noch nicht flächendeckend verfügbar, aber Entwicklung geht weiter.