Der feste Elektrolyt auf der Basis von Silikon ist dehnbar und kompensiert dadurch die Hohlräume, die sich beim Laden und Entladen in Feststoffbatterien bilden.
Flexibler Elektrolyt ermöglicht biegbare Feststoffakkus
Feststoffakkus sind derzeit der große Trend in der Batterieforschung. Statt eines flüssigen Elektrolyts, durch den Ionen zwischen Kathode und Anode fließen können, wird ein Feststoff verwendet. Sie sollen nicht nur sicherer sein als heute gängige Akkus, sie bieten auch mehr Möglichkeiten für neue Bauweisen.
Eine Möglichkeit ist es, ein so dehnbares Material zu verwenden, dass sich der fertige Akku verbiegen lässt. Das haben jetzt Forscher des Empa präsentiert, das interdisziplinäre Forschungsinstitut der ETH-Zürich für Materialwissenschaften und Technologie.
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Ihr Elektrolyt besteht aus Polysiloxan, besser bekannt als Silikon. Eigentlich ist der Kunststoff nicht für die Akku-Forschung geeignet, denn er ist apolar. Das bedeutet, die Ionen können sich nicht in ihm lösen. Dem Empa-Team ist es aber gelungen, die Struktur des Materials so zu verändern, dass es Ionen leitet.
Die Forschenden setzen ihren Elektrolyten probeweise in unterschiedliche Batterie-Prototypen ein. Neben Knopfzellen wie dieser wären in Zukunft auch weiche Batterien denkbar.
© Empa
Silikon sorgt für Langlebigkeit
Dadurch wurde einem weiteren Problem von Akkus entgegengewirkt: Dendritenbildung. Wenn Ionen zwischen Kathode und Anode wandern, verteilen sie sich nicht gleichmäßig, sondern können sich zu baumartigen Strukturen ansammeln, den Dendriten. Wachsen die immer weiter, kann es zu einem Kurzschluss kommen.
Bei Feststoffakkus können zudem Hohlräume entstehen. So verliert die Anode zunehmend den Kontakt zum Elektrolyt. Das neue Material verhindert beide Fälle und verlängert damit die Lebensdauer des Akkus.
Der neue Elektrolyt hat noch einen zusätzlichen Vorteil. Das Material kann in sehr dünnen Schichten verarbeitet werden und ist skalierbar. Bei einer industriellen Massenproduktion wäre es sogar günstiger als herkömmliche Kunststoff-Elektrolyte.
Einsatz in der Medizin
Ein dehnbarer Akku könnte vor allem in der Medizin eingesetzt werden. "Heutige Batterien für medizinische Implantate, etwa für Herzschrittmacher, sind meist hart und unbequem für die Patientinnen und Patienten", erklärt Forschungsleiterin Dorina Opris in einer Mitteilung. Die Forscher arbeiten jetzt daran, die Leitfähigkeit des Materials weiter zu verbessern.
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