SK ON: Fortschritte bei der Entwicklung von Feststoffakkus

Der südkoreanische Batteriehersteller SK On treibt die Entwicklung von Festkörperbatterien mit neuen Forschungsergebnissen voran. Das Unternehmen arbeitet intensiv an zwei vielversprechenden Arten von Next-Generation-Akkus: Eine Variante auf Basis von Polymeroxid und eine weitere auf Sulfid. Aktuelle Forschungsprojekte in Zusammenarbeit mit renommierten Universitäten zeigen deutliche Verbesserungen bei der Zyklenlebensdauer. Damit rückt die geplante Markteinführung dieser Batterien für 2028 beziehungsweise 2030 in greifbare Nähe und verspricht, die Elektromobilität zu revolutionieren.

Sulfid-Batterien erreichen dreifache Lebensdauer

Ein entscheidender Durchbruch gelang SK On in Kooperation mit der Hanyang Universität. Dabei lag der Fokus der Forschungen auf der Entwicklung eines Verfahrens zur Stabilisierung der Grenzfläche zwischen Anode und Elektrolyt in Sulfid-basierten Lithium-Metall-Festkörperbatterien. Das Team nahm sich der Herausforderung an, den zyklischen Kapazitätsverlust zu minimieren, der die praktische Anwendung dieser vielversprechenden Batteriezellchemie bisher stark behinderte.

Die Forscher entwickelten eine Methode, um störende Passivschichten von der Oberfläche der Lithium-Metall-Anode zu entfernen. Sie tauchten die Anode dazu in eine speziell entwickelte chemische Lösung aus Nitromethan, Dimethoxyethen und Lithiumnitrat. Diese Behandlung führte zur Bildung einer schützenden Schicht, die sowohl eine hohe Ionenleitfähigkeit – dank Lithiumnitrat – als auch eine verbesserte mechanische Stabilität durch Lithiumoxid aufweist. SK On bestätigte, dass diese Oberflächenmodifikation die Stabilität der Grenzfläche signifikant erhöhte.

Die experimentellen Ergebnisse belegten beeindruckende Fortschritte. „Die oberflächenmodifizierte Lithium-Metall-Anode erreichte über 300 stabile Lade- und Entladezyklen bei Raumtemperatur“, so SK On. Dies verdreifacht die Zyklenlebensdauer im Vergleich zu herkömmlichen Lithium-Metall-Festkörperbatterien, die oft nur etwa 100 Zyklen lieferten. Eine Publikation in der renommierten Fachzeitschrift „ACS Energy Letters“ untermauert diese Erkenntnisse wissenschaftlich. Darüber hinaus hat SK On die wichtigsten Ergebnisse dieser Studie bereits national und international zum Patent angemeldet.

Polymerbasierte Festkörperbatterien für längere Lebensdauer

Ein weiteres wichtiges Forschungsfeld konzentrierte sich auf die thermische Aushärtung von Gelpolymer-Elektrolyten. In Zusammenarbeit mit der Yonsei Universität konnte SK On nachweisen, dass eine längere Aushärtungszeit die Degradation der Kathode verlangsamt. Dies ist ein entscheidender Schritt zur Verlängerung der Batterielebensdauer. Die Studienergebnisse zeigen deutlich, dass Batterien, deren Elektrolyte 60 Minuten lang thermisch ausgehärtet wurden, einen weitaus geringeren Verlust der Entladekapazität (lediglich 9,1% Abnahme) erlitten als solche, die nur 20 Minuten ausgehärtet wurden (34% Abnahme).

Es deutet darauf hin, dass eine kürzere Aushärtungszeit den Zerfall der Kathoden-Schutzschicht begünstigt. Dies reduziert die Kapazität und verkürzt die Lebensdauer der Batterie. Um die Ursachen und Mechanismen der Kathoden-Leistungsdegradation im Detail zu verstehen, nutzte das Forschungsteam quantenmechanische Berechnungen basierend auf der Dichtefunktionaltheorie (DFT).

Sie identifizierten dabei spezifische Korrelationen zwischen Restmonomeren, unerwünschten Nebenreaktionen und der Bildung schädlicher Grenzflächen, die durch Restmonomere während des anfänglichen Ladevorgangs entstehen. SK On ist überzeugt, dass diese Erkenntnisse maßgeblich dazu beitragen werden, die Lebensdauer von polymerbasierten Festkörperbatterien (SSB) erheblich zu verbessern.

SK Ons strategische Ausrichtung und Vision

Kisoo Park, Leiter der Forschungs- und Entwicklungsabteilung bei SK On, hob die Bedeutung dieser jüngsten Erfolge hervor. Er betonte, sie seien das Resultat der konsequenten Forschungs- und Entwicklungsbemühungen und der technologischen Expertise von SK On, maßgeblich unterstützt durch die enge Zusammenarbeit mit akademischen Partnern. Park sieht in diesen Fortschritten eine entscheidende Grundlage, um die verbleibenden technologischen Herausforderungen von Festkörperbatterien erfolgreich zu meistern.

SK On verfolgt ehrgeizige Ziele, da sie die Entwicklung beider Festkörperbatterietypen vorantreibt – sowohl die Polymeroxid-Komposit – als auch die Sulfid-basierte Variante. Die geplante Kommerzialisierung für 2028 und 2030 unterstreicht das Engagement von SK On, als führender Akteur bei der Bereitstellung der nächsten Generation von Batterielösungen aufzutreten. SK On möchte damit nicht nur seine Marktposition stärken, sondern auch maßgeblich zu einer nachhaltigeren und effizienteren Elektromobilität beitragen.

Fazit: Der Weg zur praktischen Anwendung

Die Fortschritte von SK On in der Festkörperbatterie-Forschung senden ein eindeutiges Signal an die gesamte Automobilindustrie und die Elektromobilitätsbranche. Die Verbesserung der Zyklenlebensdauer und das tiefere Verständnis der Degradationsmechanismen sind essenzielle Schritte, um diese vielversprechende Technologie aus dem Labor in die Massenproduktion zu überführen. Zwar bleiben noch Hürden auf dem Weg zur vollständigen Kommerzialisierung, doch die konkreten Zeitpläne von SK On für 2028 und 2030 zeigen, dass die Zukunft der Festkörperbatterien näherrückt. Zudem bedeutet dies für Elektrofahrzeuge potenziell höhere Reichweiten, schnellere Ladezeiten und mehr Sicherheit. Jene Faktoren sollten die Attraktivität der E-Mobilität für Endverbraucher erheblich steigern.

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