Neue Feststoffbatterie lädt in Minuten, hält 6.000 Zyklen stand
Harvard-Forscher*innen haben eine Feststoffbatterie mit Lithium-Metall entwickelt, die mehr als 6.000 Mal geladen und wieder entladen werden kann. Das ist deutlich mehr als vergleichbare Akkus. Außerdem ließe sich die Batterie innerhalb Minuten aufladen, wie eine Aussendung verspricht.
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Bei der Batterie handelt es sich um eine sogenannte Pouch-Zelle, oder Beutelzelle, wie sie etwa bei Smartphones zum Einsatz kommt. Das Batteriematerial kann aber auch für größere Akkus wie die von E-Autos genutzt werden. "Lithium-Metall-Anoden-Batterien gelten als der heilige Gral der Batterien, da sie die 10-fache Kapazität von handelsüblichen Graphitanoden haben und die Reichweite von Elektrofahrzeugen drastisch erhöhen könnten", so der Studienautor Xin Li.
Ein großes Problem
Die größte Herausforderung beim Design solcher Akkus, ist die Bildung von sogenannten Dendriten zu verhindern. Diese Metallablagerungen wachsen besonders bei schnellem Laden wie Wurzeln in den Elektrolyten hinein und können einen Kurzschluss und sogar einen Akkubrand auslösen. Bereits 2021 entwickelten Li und sein Team eine Methode, um das Wachstum dieser Dendriten einzudämmen. Sie bauten mehrere Schichten in den Elektrolyten hinein, die das Dendritenwachstum dort stoppten und so zumindest einen Kurzschluss verhinderten (die futurezone berichtete).
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In seiner neuen Forschung verwendet Li winzige Siliziumpartikel, um die Ablagerungen quasi einzufangen, bevor sie sich an der Anode festsetzen können. "In unserem Design wird das Lithiummetall um das Siliziumteilchen gewickelt, wie eine harte Schokoladenschale um einen Haselnusskern in einem Schokoladentrüffel", beschreibt es Li mit einem Beispiel aus der Kulinarik. Dadurch wird die Bildung von Dendriten verhindert, was sich positiv auf die Ladezeit der Batterie auswirkt. Diese kann laut Li in etwa 10 Minuten voll aufgeladen werden.
80 Prozent Kapazität nach 6.000 Zyklen
Die Forscher bauten auch eine etwa briefmarkengroße Version ihrer Batterie, die nach 6.000 Ladungen und Entladungen immer noch 80 Prozent ihrer Kapazität hatte. Das ist deutlich besser als heutige Pouch-Zell-Batterien, die auf dem Markt sind. Die Technologie wurde bereits an das Spin-off-Unternehmen Adden Energy lizenziert, das von Li und 3 weiteren Harvard-Absolventen gegründet wurde. Das Unternehmen will die Technologie weiterentwickeln und eine Batterie in der Größe eines Smartphones herstellen.