Feststoffbatterien: Forscher entdecken gravierende Schwachstelle

Fast wöchentlich gibt es Berichte über neue Akkutechnologien. Viele davon sind noch sehr theoretisch. Die Feststoffbatterie gehört zu den Technologien, die aber besonders viele Hoffnungen in sich vereint und bereits relativ konkret ist.

Relativ, weil es noch einige Probleme gibt - so etwa auch bei Lithium-Schwefel-Feststoffakkus. Diese sollten im Vergleich zu herkömmlichen Lithium-Ionen-Akkus nicht nur sicherer sein, sondern auch eine höhere Energiedichte haben und sich schneller laden lassen. Besonders letztere Eigenschaft könnte ein Manko von Elektroautos beheben.

Allerdings sieht die Realität derzeit anders aus. Ein Forschungsteam des Helmholtz-Zentrum Berlins konnte nun herausfinden, warum die Ladezeit noch so langsam ist.

Zelle wurde mit Neutronen beobachtet

Das Ziel war, die Ursache des Problems durch eine Beobachtung des Ladevorgangs zu identifizieren. Dazu wurde eine eigene Zelle konstruiert, in der die Bewegung der Lithium-Ionen zwischen Anode und Kathode in einer Feststoffbatterie verfolgt werden kann.

Weil Lithium mit Röntgenstrahlung kaum nachweisbar ist, wurde die Zelle stattdessen mit Neutronen untersucht. Dabei kamen Neutronenradiographie und Neutronentomographie zum Einsatz.

Langsamer Ionentransport als Flaschenhals

Demnach breitet sich eine Reaktionsfront der Lithium-Ionen in der Kathode aus. Dies reduziert die Leitfähigkeit der Ionen. Außerdem konzentriert sich das Lithium beim Ladeprozess in der Nähe des Stromabnehmers. Das reduziert die Kapazität, weil sich nicht das gesamte Lithium beim Laden der Zelle von der Kathode zur Anode zurückbewegt.

Laut dem Forschungsteam wurde damit ein Flaschenhals bei der Entwicklung von Feststoffbatterien identifiziert. Darauf aufbauend können jetzt andere Forschende Wege finden, um den Ionentransport in Festkörperbatterien zu beschleunigen.