Festkörpelelektrolyten

Festkörperelektrolyte sind feste Materialien, die die Fähigkeit besitzen, Ionen zu transportieren. Im Gegensatz zu flüssigen Elektrolyten, die in Batterien und anderen elektrochemischen Geräten weit verbreitet sind, sind Festkörperelektrolyte nicht flüssig und bieten daher potenzielle Vorteile in Bezug auf Sicherheit und Energiedichte. Diese Materialien werden typischerweise in zwei Hauptkategorien unterteilt: Polymerelektrolyte und anorganische Festkörperelektrolyte.

Polymerelektrolyte bestehen aus einem Polymerrückgrat, das ionenleitende Salze auflöst. Sie sind oft flexibel und können in dünnen Filmen verarbeitet werden, was sie für biegsame Elektronik und dünne Batterien attraktiv macht. Die Ionenleitung in Polymeren wird durch die Bewegung von Polymerketten erleichtert, die den Ionen einen Pfad zum Bewegen bieten.

Anorganische Festkörperelektrolyte umfassen eine breite Palette von Materialien wie Oxide, Sulfide und Borate. Sie zeichnen sich oft durch eine höhere Ionenleitfähigkeit im Vergleich zu Polymeren aus, insbesondere bei Raumtemperatur. Die Ionenbewegung in diesen Materialien erfolgt typischerweise durch Leerstelle- oder Zwischengitterdiffusion innerhalb der kristallinen Struktur.

Die Forschung im Bereich der Festkörperelektrolyte konzentriert sich auf die Verbesserung der Ionenleitfähigkeit, die Reduzierung von Grenzflächenwiderständen und die Erhöhung der mechanischen Stabilität, um die Leistungsfähigkeit und Lebensdauer elektrochemischer Geräte zu optimieren. Ihr Potenzial für sicherere, leistungsfähigere Batterien, wie z.B. Festkörperbatterien, treibt die Entwicklung in diesem Bereich voran.