TUM entwickelt neues Festkörperbatterie-Material

Festkörperbatterien sind eine vielversprechende Zukunftstechnologie, die wichtig für die Energiewende sind. Sie haben eine höhere Energiespeicherkapazität und bieten mehr Sicherheit als herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien. TUM-Forschende haben in Zusammenarbeit mit der TUMint.Energy Research GmbH ein neues Material aus Lithium, Antimon und Scandium für Festkörperbatterien entwickelt. Dies verbessert die Festkörperbatterietechnologie, weil das Material über eine 30 Prozent schnellere Leitfähigkeit als übliche Stoffe verfügt.

30% bessere Leitfähigkeit als herkömmliche Stoffe

Das Forscherteam um Prof. Thomas F. Fässler vom Lehrstuhl für Anorganische Chemie ersetzte einen Teil des Lithiums in der Verbindung Lithium-Antimonid durch Scandium. Durch die Verwendung des Metalls Scandium entstehen Lücken (Leerstellen) im Kristallgitter des Leitermaterials. Jene Leerstellen unterstützen die Lithiumionen, sich leichter und schneller zu bewegen. Der Wert liegt dabei weit über den Werten bekannter Materialien und erzielte einen Weltrekord. Daher wandte sich das Forscherteam an den Lehrstuhl für Technische Elektrochemie, um die Ergebnisse zu verifizieren. Tobias Kutscher, der Koautor, der weitere Tests durchführte, betont zudem:

„Weil das Material auch Strom leitet, war das eine besondere Herausforderung und wir mussten unsere Messmethoden dafür anpassen.“

Prof. Fässler ist der Meinung, dass das neue Material großes Potentiale besitzt und erklärt:

„Unser Ergebnis stellt derzeit einen wesentlichen Fortschritt in der Grundlagenforschung dar. Mit dem Einbau von kleinen Mengen Scandium sind wir auf ein neues Prinzip gestoßen, das sich als richtungsweisend für andere Elementkombinationen erweisen könnte. […] Wir sind zuversichtlich, weil Materialien, die sowohl Ionen als auch Elektronen leiten können, sich besonders gut als Zusatz in Elektroden eignen.“

Neben der höheren Geschwindigkeit bietet das Material z.B. auch thermische Stabilität und ist mit bewährten chemischen Verfahren einfach herzustellen.

Hohes Anwendungspotenzial des Materials

Durch ihre Forschung haben die Wissenschaftler der TUM eine neue, einfache Substanzklasse für Festkörperbatterien entdeckt, die auf Lithium-Antimon basiert und nur mit Scandium eine hohe Leitfähigkeit erreicht. Dies hebt sie von anderen komplexen Vorgängermaterialien wie Lithium-Schwefel ab und verspricht wiederum ein breites Anwendungspotenzial. Jingwen Jiang, Forscherin an der TUMint.Energy Research GmbH, erläutert:

„Unsere Kombination besteht aus Lithium-Antimon und kann einfach auch auf Lithium-Phosphor übertragen werden. Während der bisherige Rekordhalter auf Lithium-Schwefel basierte und zur Optimierung fünf weitere Elemente benötigt, wird bei uns lediglich Scandium als weitere Komponente gebraucht. Wir gehen davon aus, dass unsere Entdeckung über dieses Beispiel hinaus Bedeutung für die Erhöhung der Leitfähigkeit bei anderen Substanzen haben kann.“

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