Große Reichweite und kurze Ladezeit – das ist der Traum aller Elektromobilisten. Festkörperakkus, auch Feststoffakkus genannt, sollen das ermöglichen. Ein Team der Technischen Universität München (TUM) hat ein neues Material entwickelt, das diese Akkus leistungsfähiger machen soll.
Das Team um den Chemiker Thomas Fässler hat ein Elektrolyt entwickelt, das Lithiumionen schneller leitet als alle bisher bekannten Stoffe. Das Material besteht aus Lithium, Antimon und Scandium. Bisher werden für Feststoffelektrolyte Lithium-Schwefel-Verbindungen genutzt, die zur Optimierung mit fünf weiteren Elementen versetzt werden.
Zudem haben die Forscher das Kristallgitter des Elektrolyts modifiziert: Jeweils drei Lithiumatome haben sie durch ein Scandiumatom ersetzt – Scandium ist ein Übergangsmetall und gehört zu den Metallen der Seltenen Erden. Dadurch entstehen Leerstellen im Gitter, die es Lithiumionen ermöglichen, leichter und schneller zu bewegen.
Deutlich verbesserte Leitfähigkeit
Das verbessert die Leitfähigkeit des Materials deutlich. Es leite Lithiumionen über 30 Prozent schneller als alle bisher bekannten Stoffe, schreibt das Team in der Fachzeitschrift Advanced Energy Materials. Weil die Leitfähigkeit so viel besser ist als bei anderen Materialien, wandte sich das Team an Kollegen vom Lehrstuhl für Technische Elektrochemie, um das Ergebnis zu verifizieren.
"Unsere Kombination besteht aus Lithium-Antimon und kann einfach auch auf Lithium-Phosphor übertragen werden", sagte Jingwen Jiang, Erstautorin der Studie. "Wir gehen davon aus, dass unsere Entdeckung über dieses Beispiel hinaus Bedeutung für die Erhöhung der Leitfähigkeit bei anderen Substanzen haben kann."
Laut Fässler ist das Ergebnis ein wichtiger Fortschritt in der Grundlagenforschung: "Mit dem Einbau von kleinen Mengen Scandium sind wir auf ein neues Prinzip gestoßen, das sich als richtungsweisend für andere Elementkombinationen erweisen könnte." Das Material könnte, da es nicht nur Ionen, sondern auch Elektronen leite, auch als Zusatz in Elektroden integriert werden.
Für eine Anwendung in Batteriezellen seien allerdings noch viele Tests notwendig, betonte er. Das Team hat die Entwicklung aber schon zum Patent angemeldet.
Festkörperakkus haben nicht nur eine deutlich höhere Energiedichte, sie lassen sich auch schneller laden als ein Lithium-Ionen-Akku. Zudem können sie nicht in Brand geraten, sind also sicherer. Derzeit sind sie jedoch noch teurer als die herkömmlichen Lithium-Ionen-Akkus.
(wpl)
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