Februar 2019

Angetrieben vom Interesse an leistungsstarken und sicheren Lösungen zur Energiespeicherung rückten in den letzten Jahren vermehrt Feststoffbatterien in den Fokus von Forschung und Entwicklung. Obwohl moderne sulfidische Lithiumionenleiter Leitfähigkeiten aufweisen, die mit den weit verbreiteten flüssigen Elektrolyten vergleichbar sind, ist die chemische Stabilität dieser Thiophosphate problematisch. Weniger leitfähige oxidische Elektrolyte zeigen hingegen eine überlegene Stabilität im Kontakt zu den Elektrodenmaterialien.Obwohl die symbiotische Kombination von Materialien zu Verbundwerkstoffen für eine Vielzahl von Anwendungen genutzt wird, stellen Verbundelektrolyte ein in der Forschung vergleichsweise unbearbeitetes Feld dar. Angesichts der individuellen Vorteile der großen Anzahl an bekannten Festelektrolyten erscheint ein solcher Kompositseparator allerdings vielversprechend. Maßgebliche Kennzahl für Separatoren in elektrochemischen Zellen ist deren ionische Leitfähigkeit. In einem ersten Schritt wurde deshalb der Grenzflächenwiderstand zwischen unterschiedlichen Festelektrolyten untersucht. Während das einfache uniaxiale Pressen von Feststoffen nur zu einem unzureichenden Kontakt und daher hohen Grenzflächenwiderständen führt (obere Abbildung), kann die Kontaktfläche zwischen den Komponenten durch die Abscheidung einer Elektrolytschicht über Laserdeposition (PLD – pulsed laser deposition) vergrößert werden.In dieser Arbeit wurde der Einfluss der Oberflächenbehandlung des Oxids Li7La3Zr2O12 (LLZO) auf den resultierenden Grenzflächenwiderstand gegenüber einem Thiophosphatelektrolyten untersucht. LLZO ist bekannt dafür, auf seiner Oberfläche eine Passivierungsschicht auszubilden, die den Ladungstransfer erschwert. Durch Impedanzspektroskopie konnte der Beitrag der Grenzfläche aufgelöst werden. Das Polieren der Oberfläche führt zu einem Grenzflächenwiderstand von 7 Ω∙cm2 bei Raumtemperatur, während das Heizen der Probe den Ladungstransfer erschwert. Neben einer detaillierteren Analyse der sich entwickelnden Grenzphase wird in den nächsten Schritten ein Doppelschicht-Elektrolyt in eine Feststoffbatterie integriert. (Bild eingereicht von Georg Dewald.)