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Fest statt flüssig? – Forschung an der Batterie der Zukunft

Sogenannte „Feststoffbatterien“ gelten unter Autoherstellern und Batterieproduzenten als eine besonders attraktive Technologie

Nr. 150 • 29. September 2020

Höhere Sicherheit, größere Energiedichte, günstigerer Preis, Nachhaltigkeit, kürzere Ladezeiten. An der Wunschliste für wieder aufladbare Batterien wird weltweit intensiv geforscht.

Im Gegensatz zu konventionellen Lithiumionenbatterien enthalten sogenannte „Feststoffbatterien“ anstelle des leicht brennbaren, flüssigen Elektrolyten, einen sogenannten Festelektrolyten. Sie sind also „trocken“. Hiervon erhofft man sich neben einer erhöhten Sicherheit auch eine verbesserte Energiedichte.

Forschern der Humboldt-Universität zu Berlin und der Justus-Liebig-Universität Gießen (JLU) ist es nun gemeinsam mit dem Industriepartner BASF gelungen, die Vorgänge in einer Feststoffbatterie mit Lithium als Minuspol und Kupfersulfid als Pluspol genauer zu verstehen. Die Ergebnisse des Forschungsprojekts publizierten die Forscher nun im Journal Advanced Energy Materials.

Prof. Dr. Philipp Adelhelm, Elektrochemiker und Professor am Institut für Chemie der Humboldt-Universität sowie ehemaliges Mitglied der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Jürgen Janek am Physikalisch-Chemischen Institut der JLU, erklärt hierzu: „Kupfersulfid, auch bekannt als Covellin, ist ein häufig vorkommendes Mineral. Das Besondere an dieser Verbindung ist eine einzigartige Kombination besonderer Eigenschaften. So lässt sich Covellin sehr gut verformen und leitet äußert effizient Kupferionen und Elektronen. In einer Feststoffbatterie mit Lithium als Gegenelektrode führt dies zu einer überraschend effizienten Reaktion. Die Batterie lässt sich daher über viele Zyklen wiederaufladen und zeigt im Vergleich zu anderen Sulfiden deutlich bessere Eigenschaften.“

Der Umstieg auf Feststoffbatterien ist allerdings eine Herausforderung, da hierfür neben neuen Materialien auch neue Fertigungsprozesse entwickelt werden müssen. So existieren zwar bereits Prototypen, mit einer möglichen Markteinführung wird aber erst in 5-10 Jahren gerechnet.  Prof. Adelhelm: „Wir stecken hier noch in der Grundlagenforschung, sehen aber an den Ergebnissen eindrucksvoll, welchen großen Einfluss die physikalisch-chemischen Eigenschaften einer Verbindung auf das Batterieverhalten haben können.“

Funding:
Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF), Projekte FELIZIA und NASEBER (03XP0026I, 03XP0026J, 03XP0187D, 03XP0187C).

  • Publikation

Macroscopic displacement reaction of copper sulfide in lithium solid-state batteries. Aggunda L. Santhosha, Nazia Nazer, Raimund Koerver, Simon Randau, Felix H. Richter, Dominik A. Weber, Joern Kulisch, Torben Adermann, Jürgen Janek und Philipp Adelhelm
Advanced Energy Materials, 2020, 2002394, doi: 10.1002/aenm.2002394
(open access organized by Projekt DEAL)

  • Kontakt


Physikalisch-Chemisches Institut
Telefon: 0641 99-34500

 

Presse, Kommunikation und Marketing • Justus-Liebig-Universität Gießen • Telefon: 0641 99-12041

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