Ein Team am Max-Planck-Institut f\u00fcr Nachhaltige Materialien beschrieben einen Mechanismus, der Kurzschl\u00fcsse in Festk\u00f6rper-Batterien erkl\u00e4ren soll. Im Zentrum steht die Frage, wie mikroskopisch kleine Lithium-Ausw\u00fcchse, sogenannte Dendriten, beim Laden Risse verursachen und so einen Kurzschluss im Inneren der Batterie ausl\u00f6sen.<\/p>\n
Festk\u00f6rper-Batterien gelten als vielversprechende Technologie f\u00fcr Smartphones, Elektrofahrzeuge und tragbare Ger\u00e4te. Sie arbeiten mit festen Elektrolyten statt mit fl\u00fcssigen und k\u00f6nnten Batterien erm\u00f6glichen, die l\u00e4nger leben, sicherer sind und mehr Energie speichern k\u00f6nnen. F\u00fcr Elektroautos werden zudem h\u00f6here Reichweiten erwartet.<\/p>\n
Bislang werden in den meisten elektronischen Ger\u00e4ten Lithium-Ionen-Batterien verwendet, bei denen zwei feste Elektroden durch einen fl\u00fcssigen Elektrolyten getrennt sind. Bei Festk\u00f6rper-Batterien ersetzen feste Elektrolyte diese L\u00f6sung. Trotz der genannten Vorteile werden sie bisher nicht kommerziell genutzt, weil sich beim Aufladen Dendriten aus Lithium bilden k\u00f6nnen, die vom Minuspol durch den festen Elektrolyten bis zum Pluspol wachsen und damit einen Kurzschluss verursachen.<\/p>\n
Das Forscher-Team untersuchte zwei Erkl\u00e4rungsans\u00e4tze f\u00fcr dieses Verhalten. \u201eObwohl die Elektroden und die sich bildenden Dendriten aus Lithiummetall bestehen, das weich wie Gummib\u00e4rchen ist, sind die Dendriten in der Lage, den harten, keramischen Elektrolyten zu durchdringen\u201c, so Yuwei Zhang. \u201eEs gibt zwei Hypothesen, die versuchen dieses Ph\u00e4nomen zu erkl\u00e4ren: Entweder es baut sich eine innere Spannung in den Dendriten auf, die Risse im festen Elektrolyten verursacht. Oder Elektronen bewegen sich entlang der Korngrenzen im Elektrolyten und f\u00f6rdern dort die Bildung von Lithiumkeimen, die sich sp\u00e4ter miteinander verbinden.\u201c<\/p>\n
F\u00fcr die Pr\u00fcfung nutzten die Forscher ein experimentelles Setup unter Vakuum und bei kryogenen Temperaturen. So sollten Einfl\u00fcsse von Sauerstoff, Wasser oder dem Elektronenstrahl der Mikroskope ausgeschlossen werden. Die Analyse ergab, dass sich vor den Dendritenspitzen kein zus\u00e4tzliches Lithium ansammelt.<\/p>\n
Zhang erkl\u00e4rt den Befund so: \u201eDas weiche Lithiummetall durchdringt den harten keramischen Elektrolyten, wie ein konstanter Wasserstrahl auch Stein durchbrechen kann.\u201c Den Berechnungen zufolge erzeugt hydrostatischer Druck innerhalb der Dendriten Zugspannungen im keramischen Elektrolyten und f\u00fchrt so zu Rissen. Simulationen und Messungen mithilfe von Elektronenr\u00fcckstreubeugung best\u00e4tigten dieses Ergebnis.<\/p>\n
Auf dieser Grundlage arbeitet das Team an Strategien, um die Rissbildung zu verhindern oder zu verz\u00f6gern. Genannt werden eine h\u00f6here Festigkeit des Elektrolyten, mikroskopisch kleine Hohlr\u00e4ume zur Umlenkung des Dendritenwachstums sowie Schutzbeschichtungen auf den Lithiumelektroden, um die Dendritenbildung zu unterdr\u00fccken. Das Ziel der Forscher ist, Festk\u00f6rper-Batterien aus dem Labor in die industrielle Anwendung zu \u00fcberf\u00fchren und so den Weg f\u00fcr leistungsf\u00e4higere und sicherere Energiespeicher zu ebnen.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"Ein Team am Max-Planck-Institut f\u00fcr Nachhaltige Materialien beschrieben einen Mechanismus, der Kurzschl\u00fcsse in Festk\u00f6rper-Batterien erkl\u00e4ren soll. Im Zentrum…\n","protected":false},"author":2,"featured_media":141025,"comment_status":"","ping_status":"","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[20],"tags":[46,42,6156,46830,610,124,123,44],"class_list":{"0":"post-141024","1":"post","2":"type-post","3":"status-publish","4":"format-standard","5":"has-post-thumbnail","7":"category-gesundheit","8":"tag-at","9":"tag-austria","10":"tag-batterie","11":"tag-batterie-haltbarkeit","12":"tag-forschung","13":"tag-gesundheit","14":"tag-health","15":"tag-oesterreich"},"share_on_mastodon":{"url":"","error":""},"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.europesays.com\/at\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/141024","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.europesays.com\/at\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.europesays.com\/at\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.europesays.com\/at\/wp-json\/wp\/v2\/users\/2"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.europesays.com\/at\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=141024"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/www.europesays.com\/at\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/141024\/revisions"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.europesays.com\/at\/wp-json\/wp\/v2\/media\/141025"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.europesays.com\/at\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=141024"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.europesays.com\/at\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=141024"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.europesays.com\/at\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=141024"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}