Die Festkörpertechnologie und -batterien der nächsten Generation sind wichtig, um die Elektromobilität voranzutreiben. Trotz aller Forschungsbemühungen sind jedoch nur sehr wenige Solid State Batteries (SSBs) auf dem Weg zur Marktreife. In den letzten Jahren führte man viele Materialien ein, die zwar vielversprechend aussahen, aber dennoch immer wieder Herausforderungen und Hürden mit sich bringen. Problematisch ist dabei vor allem die Kombination dieser Materialien zu einer stabilen Zelle. Allerdings möchte das Projektkonsortium FUNCY-SSB (gesprochen funky-ssb) gemeinsam mit Partner aus Deutschland, Slowenien und Norwegen in den nächsten 3 Jahren eine Lösung finden.
SSB unerlässlich für Mobilitätssektor
Die Notwendigkeit der Forschungsbemühungen liegt auf der Hand, denn Feststoffakkus sind unerlässlich für den Mobilitätssektor, insbesondere wegen ihrer höheren Energiedichte. Die Schlüsselkomponente einer leistungsstarken Festkörperbatterie ist der Festkörperelektrolyt. Jedoch bringt gerade der Gebrauch von Festkörperelektrolyten neue Probleme bezüglich Ionenleitfähigkeit, Verarbeitbarkeit, Recyclingfähigkeit und Nachhaltigkeit mit sich. Zudem muss man die Grenzfläche zwischen dem aktiven Material der Elektroden und dem Festelektrolyten sorgfältig kontrollieren.
Polymere und anorganische Elektrolyten scheinen vielversprechend
Ein sehr vielversprechender Ansatz scheint aktuell die Kombination aus polymeren und anorganischen Elektrolyten zu sein. Nichtsdestotrotz können diese Elektrolyte nicht einfach durch Mischen von Polymeren und anorganischen Komponenten produziert werden. Nicht nur die Kompatibilität der beiden Komponenten stellt ein Problem dar, sondern auch die Gewährleistung eines guten Lithiumtransports zwischen den verschiedenen Elektrolytphasen.
Gemäß aktuellen Forschungen soll die Kombination aus Grenzflächendesign und Beschichtung den Lithiumtransport zwischen den Phasen verbessern. Ferner soll sie auch den feuchtigkeitsempfindlichen Sulfid-Elektrolyten schützen. Wichtig dabei ist, dass die Komponenten speziell zugeschnitten sind, um einen effizienten Lithium-Ionen-Transport durch den Festkörperelektrolyten als Ganzes zu gewährleisten.
Das FUNCY-SSB-Projekt soll Lösungen finden
Nun möchte sich das FUNCY-SSB-Projekt (FUNctional Coatings of sulfide electrolYtes for lithium Solid-State Batteries) auf die Entwicklung nachhaltiger Festkörperelektrolyte mit verbesserter elektrochemischer Leistung fokussieren. Somit wolle man diese Herausforderungen angehen. Hierfür verwendet man funktionelle Oberflächenbeschichtungen zur Herstellung der Elektrolyte durch die Kombination von Sulfid-Elektrolyten mit verschiedenen Polymeren. Zudem sollen anorganische Beschichtungen, die man durch Atomlagenabscheidung herstellt, den Lithium-Ionen-Transport durch das Polymer in den Sulfid-Elektrolyten optimieren.
Das Ziel dieses Vorhabens ist die Entwicklung von Festkörperelektrolyten mit einer hohen Ionenleitfähigkeit, verbesserten Feuchtigkeitsstabilität und einem erweiterten elektrochemischen Stabilitätsfenster durch eine funktionelle Oberflächenbeschichtung. Letztendlich wolle man dadurch nicht nur die Stabilität verbessern, sondern auch die Lebensdauer und Energiedichte der Batterien erhöhen.
Recyclingfähigkeit von Festkörperelektrolyten
Laut aktuellem Stand gibt es nur wenige Daten zur Recyclingfähigkeit von Festkörperelektrolyten und der Nachhaltigkeit ihrer Produktion. Leider berücksichtigt man diese Aspekte meist erst im Nachhinein, dabei sollte man sie eigentlich während der Materialentwicklungsphase bewerten. Verschiedene Recyclingstudien sowie ökonomische und ökologische Potenzialanalysen sollen nun im laufenden Projekt während des Materialentwicklungsprozesses entstehen. Nur so könne man die Festkörperelektrolyten im Hinblick auf Recyclingfähigkeit und nachhaltige Herstellung optimieren.
Verbesserte Batterieleistung und Nachhaltigkeit
Das Projekt FUNCY-SSB treibt die Entwicklung eines neuartigen Festkörperelektrolytkonzepts voran, das auf die signifikante Verbesserung von Batterieleistung und Nachhaltigkeit abzielt. Durch die Herstellung von Prototypen-Pouch-Zellen wird die Machbarkeit dieses Konzepts demonstriert. Dabei liegt der Fokus auf der Optimierung von Materialdesign und Recyclingfähigkeiten, um die europäische Wettbewerbsfähigkeit im Bereich der Batterieforschung zu stärken. Die entwickelten Elektrolyte sollen eine hohe Ionenleitfähigkeit und verbesserte Feuchtigkeitsstabilität aufweisen, was die Lebensdauer und Energiedichte von Batterien der nächsten Generation erhöht. FUNCY-SSB dient als wegweisendes Beispiel für die Integration von Nachhaltigkeitsaspekten in die frühe Phase der Materialentwicklung.
Quellen / Weiterlesen
Die »funky« Seite der Festkörperbatterien | pv magazine
Die »funky« Seite der Festkörperbatterien | Chemie.de
Bildquelle: © Fraunhofer ISC