SK On: Forschungs- und Entwicklungserfolge bei Feststoffbatterien

SK On Feststoffakku-Forschung: Photonisches Sintern verbessert Lebensdauer. Hybrid-Elektrolyte und LMRO-Kathoden bieten neue Möglichkeiten.

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SK Innovation

SK On experimentiert mit photonischem Sintern bei Feststoffakkus und stellt seine neusten Forschungsergebnisse vor. Der Batteriehersteller kann belegen, dass die Lichtenergie-Technologie zur Herstellung des festen Elektrolyten viel Potenzial besitzt. SK On arbeitet bei seinen Forschungsarbeiten mit koreanischen Universitäten und Institutionen zusammen und veröffentlichte seine Ergebnisse in renommierten Fachzeitschriften. Zudem hieß es, dass mehrere Patentanträge im In- und Ausland gestellt wurden.

Ziel der Forschung ist eine Verbesserung der Zyklenlebensdauer

Die südkoreanischen Institute und Universitäten wollen bei ihren Forschungen vor allem für eine Optimierung der Zyklenlebensdauer von Festkörperakkus sorgen und den Produktionsprozess vorantreiben. Forschungsansätze sind dabei vor allem die photonische Sintertechnologie und LMRO-Kathodenmaterial.

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Die photonische Sintertechnologie ist ein Verfahren, das intensive Lichtenergie nutzt, um die Bindung von Pulverteilchen zu verstärken. Dies führt letztendlich zu einer festen Masse mit hoher Festigkeit, Haltbarkeit und besseren Materialeigenschaften. Ideale Voraussetzungen für den Elektrolyten einer Festkörperbatterie. Dieses Verfahren wird meist bei der Leiterplatten-Produktion genutzt, doch SK On übertrug es auf die Entwicklung oxidreicher anorganisch-organischer Hybrid-Festkörperelektrolyten. Experimentelle Ergebnisse bewiesen, dass Batterien mit einem Hybridelektrolyten eine ausgezeichnete Zykluslebensdauer aufweisen.

Was sind Hybrid-Festkörperelektrolyten?

In der Forschung gibt es hybride Batterien, die aus Materialien unterschiedlicher Art bestehen. Man unterteilt die Festelektrolyte, die in Batterien Verwendung finden, in drei Hauptgruppen: sulfidbasierte, oxidbasierte und polymerbasierte Elektrolyte. Jeder dieser Typen hat seine eigenen Vor- und Nachteile, was die Leistung und die Stabilität der Batterie betreffen.

In der betreffenden Forschungsarbeit wurde eine innovative Kombination von Materialien erprobt. Das Team hat durch das photonische Sintern oxidbasierte Materialien und einen Gelpolymer-Elektrolyten kombiniert, um einen besser funktionierenden Elektrolyten zu schaffen. Oxidbasierte Materialien sind bekannt für ihre Stabilität und Leitfähigkeit, während Gelpolymer-Elektrolyte flexibel und leicht zu verarbeiten sind. Durch die Kombination dieser beiden Materialtypen im Elektrolyten wollen die Forscher die Vorteile beider nutzen und gleichzeitig die Nachteile minimieren.

Unkomplizierte Produktion durch photonisches Sintern

Dieses Verfahren unterscheidet sich von bisherigen Verfahren, denn oxidbasierte Elektrolytmaterialien benötigen stets eine längerfristige Hochtemperatur-Wärmebehandlung bei über 1.000°C für mehr als 10 Stunden. Produktionskosten und Probleme, wie z.B. Sprödbrüche, gestalten die Produktion kompliziert und machen sie schwer skalierbar. Anders sieht es mit dem photonischen Sintern aus, denn dieses Verfahren ist schneller und bei niedrigen Temperaturen realisierbar.

Großes Potenzial von LMRO-Kathoden?

Im Rahmen der Forschungsarbeit wurde auch das Potenzial von lithium- und manganreichen Schichtoxidkathoden (LMRO-Kathoden) für sulfidbasierte Feststoffbatterien erforscht. Das Forschungsteam betonte:

„LMRO-Kathodenmaterialien sind kosteneffizient, da sie auf Mangan basieren, das günstiger ist als Nickel und Kobalt. Bei der Verwendung mit flüssigen Elektrolyten in herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien sind LMROs jedoch mit Problemen wie Gasbildung, Spannungsabfall und Kapazitätsverlust konfrontiert, was die Forscher dazu veranlasste, ihre Verwendung in Feststoffakkus zu untersuchen.“

Die Gruppe hat durch verschiedene Untersuchungen herausgefunden, dass bei hohen Temperaturen und Spannungen Sauerstoff freigesetzt wird, wenn die Batterie aufgeladen oder entladen wird. Dieser Sauerstoff reagiert mit dem sulfidischen Festelektrolyten und oxidiert ihn, was die Leistung der Batterie verschlechtert. Zur Lösung des Problems hat das Team ein spezielles Beschichtungsmaterial entwickelt, welches die Freisetzung von Sauerstoff verhindert und somit die Lebensdauer der Batterie verlängert.

Quelle / Weiterlesen

Feststoffakku: SK On experimentiert mit photonischem Sintern | electrive.net
SK On Unveils R&D Breakthroughs on All-Solid-State Batteries | SK Innovation
Bildquelle: © SK Innovation

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