SK On stellt neue Forschungserkenntnisse zu Feststoffbatterien vor

Der Batteriespezialist SK On forscht an der Zyklenfestigkeit von Feststoffbatterien und stellt die neusten Forschungsergebnisse vor. Vergangenen Sommer gab das Unternehmen bekannt, dass es einen festen Polymer-Elektrolyten für Lithium-Metall-Batterien entwickelt hat, der bei Raumtemperatur betrieben werden kann. Anfang 2025 entdeckten sie auf Basis einer Lichtenergie-Technologie eine neue Herstellungsmethode für den festen Elektrolyten. Nun hat SK On gemeinsam mit der Hanyang-Universität eine Methode zur Verlängerung der Lebensdauer von Batterien mit Lithium-Metall-Anoden entdeckt. Momentan entwickelt das Batterieunternehmen zwei verschiedene Arten von Feststoffakkus: Einen Akku mit Polymer-Oxid-Verbundwerkstoffen und einen Akku auf Sulfidbasis. Die kommerziellen Prototypen sollen 2028 und 2020 erscheinen.

Festkörperbatterie soll Ende des Jahres 2025 fertiggestellt sein

Aktuell wird die Pilotanlage für die Produktion der Festkörperbatterien unter Mithilfe von Solid Power in Daejeon in Korea errichtet. Diese soll planmäßig in der zweiten Hälfte des Jahres 2025 fertiggestellt werden. SK On verzeichnete nun Fortschritte hinsichtlich der Lebensdauer von Batterien auf Sulfidbasis, die Lithium-Metall-Anoden haben. Ebenso erzielt das Unternehmen neue Einblicke beim Zusammenhang zwischen der Aushärtungszeit von Gel-Polymer-Elektrolyten und der Batterielebensdauer. Kisoo Park, Leiter der Forschungs- und Entwicklungsabteilung von SK On, erklärt:

„Diese Errungenschaften sind das Ergebnis der kontinuierlichen Forschungs- und Entwicklungsanstrengungen von SK On und der technologischen Kompetenz, die durch die Zusammenarbeit mit der Wissenschaft ermöglicht wurde. Sie werden als wichtige Grundlage für die Bewältigung der technologischen Herausforderungen von Festkörperbatterien dienen.“

Ausgangslage von Festkörperbatterien mit Lithium-Metall-Anode

Lithiummetall gilt als Anodenmaterial der nächsten Generation, weil es eine zehnmal höhere Kapazität als Graphit hat. Jedoch zeigt es eine hohe Reaktivität mit Luft, was wiederum zu einer ungleichmäßigen Bildung von anorganischen Verbindungen auf der Oberfläche führen kann. Laut SK On ist diese Schicht die Ursache dafür, dass sich die Lithium-Ionen nicht bewegen können. Dies reduziert letztendlich die Lade- und Entladeeffizienz und fördert die Entstehung von Dendriten. Darüber hinaus haben jene Festkörperbatterien mit Lithium-Metall-Anoden eine begrenzte Anzahl von Lade- und Entladezyklen von circa 100. Demnach ist erkenntlich, dass dies die Lebensdauer der Batterien ungemein verkürzt.

Forschungsergebnisse der Lithium-Metall-Batterien auf Sulfidbasis

Um die Lebensdauer dieser Batterien signifikant zu verlängern, entfernten die Forschenden die widerstandsfähige Oberflächenschicht, indem sie die Lithium-Metall-Anode in eine spezielle Lösung aus Nitromethan, Dimethoxyethen und Lithiumnitrat tauchten. Dadurch entstand auf der Oberfläche der Lithiummetallanode der Lithium-Metall-Batterie eine Schutzschicht. SK On betont zudem:

„Auf diese Weise bildete sich eine Schutzschicht mit hoher Ionenleitfähigkeit, die auf Lithiumnitrat zurückzuführen ist, und mit erhöhter mechanischer Festigkeit aufgrund von Lithiumoxid.“

Außerdem haben die Ergebnisse gezeigt, dass „die oberflächenmodifizierte Lithium-Metall-Anode einen stabilen Zyklus von über 300 Lade- und Entladezyklen bei Raumtemperatur ermöglicht, was die Lebensdauer im Vergleich zu herkömmlichen Lithium-Metall-Festkörperbatterien verdreifacht“.

Forschungsergebnisse der Polymer-Feststoffbatterien

Darüber hinaus konzentriert SK On seine Forschungen auch auf den Mechanismus der Kathodendegradation bei Polymer-Feststoffbatterien. Hier untersuchten die Wissenschaftler den Zusammenhang zwischen der Lebensdauer von Batterien und der thermischen Aushärtungszeit von Gelpolymerelektrolyten (GPEs). Die Ergebnisse sollen helfen, die Lebensdauer von Batterien auf Polymer-Oxid-Verbundbasis zu verbessern.

Laut ihren Erkenntnissen führt eine längere thermische Aushärtungszeit der GPEs zu einer besseren Erhaltung der Batterieleistung. Demnach wiesen Akkus, die Elektrolyte mit 60 Minuten thermischer Aushärtung verwendeten, einen Rückgang der Entladekapazität um 9,1% auf. Demgegenüber hätten Batterien mit nur 20 Minuten thermischer Aushärtung ein Rückgang um 34% verzeichnet. SK On fasst zusammen:

„Dies deutet darauf hin, dass eine kürzere thermische Aushärtungszeit zu einer leichteren Zersetzung der Kathodenschutzschicht führt, was wiederum die Kapazität verringert und letztlich die Lebensdauer der Batterie verkürzt.“

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