Stabilitätsfenster

Stabilitätsfenster, im Englischen stability window, bezeichnet in der Elektrochemie den Bereich der elektrochemischen Potenziale, innerhalb dessen ein Elektrolytsystem chemisch stabil bleibt und weder signifikant oxidiert noch reduziert wird. Innerhalb dieses Fensters treten keine Zersetzungsreaktionen der Lösungsmittel, Salze oder der Elektrodenmaterialien auf. Das Stabilitätsfenster ist damit entscheidend für die Leistungsfähigkeit, Sicherheit und Lebensdauer von Batterien, Superkondensatoren und anderen elektrochemischen Speichersystemen.

Bestimmung und Messung erfolgen meist durch elektrochemische Methoden wie zyklische Voltammetrie, lineare Sweep- oder Chronoamperometrie. Der obere Rand des Fensters wird durch Oxidationsprozesse und der untere Rand durch Reduktionsprozesse begrenzt. In wässrigen Elektrolyten liegt das Stabilitätsfenster typischerweise nur im Bereich von ungefähr 1,0 bis 1,8 Volt gegen das Referenzelektrodenpotential, bedingt durch die Wasserzerlegung. Organische Lösungsmittel und salzbasierte Systeme ohne Wasser können deutlich größere Fenster von mehreren Volt bieten, häufig bis rund 4–5 V, je nach Lösungsmittel und Salz.

Wichtige Einflussfaktoren sind die Wahl der Elektrodenmaterialien, die Zusammensetzung von Lösungsmittel und Elektrolyt, der Wassergehalt, Temperatur sowie Oberflächenphänomene wie die Bildung einer passivierenden Schicht (z. B. SEI). Das Stabilitätsfenster lässt sich durch additives, Hochkonzentriertelektrolyte, Festkörperelektrolyte oder Oberflächenmodifikationen erweitern.

Anwendungen umfassen vor allem Batterien, Superkondensatoren und fortgeschrittene elektrochemische Energiesysteme; es spielt eine zentrale Rolle bei der Sicherheit, Effizienz und Langzeitstabilität dieser Technologien.