Japanische Wissenschaftler stellen Rekord bei Festelektrolyten auf

Forscher der Universität Nagoya in Japan haben die Eigenschaften des LLNOF-Materials erheblich verbessert und einen absoluten Rekord bei der Lithium-Ionen-Leitfähigkeit unter oxidbasierten Festelektrolyten erzielt. Laut ixbt.com könnte dieser wissenschaftliche Durchbruch ein entscheidender Schritt zur Entwicklung sichererer und effizienterer Festkörperbatterien sein. Dies berichtet Ixbt.com .

Einer der Hauptnachteile der derzeit weit verbreiteten herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien ist der darin enthaltene brennbare flüssige Elektrolyt. Bei einer Beschädigung der Batterie können solche Flüssigkeiten Kurzschlüsse und Brände verursachen. Genau aus diesem Grund arbeiten Ingenieure weltweit aktiv an der Entwicklung sichererer Festkörperbatterien.

Hürden bei der Erhöhung der Flussrate

Der Hauptfaktor, der die Entwicklung von Festkörpersystemen bisher behindert hat, war jedoch die relativ geringe Bewegungsgeschwindigkeit von Lithium-Ionen in festen Materialien. Obwohl Sulfid- und Chlorid-Elektrolyte derzeit die höchsten Werte aufweisen, bergen sie Risiken aufgrund ihrer extremen Feuchtigkeitsempfindlichkeit und der möglichen Freisetzung giftiger Gase.

Oxidmaterialien gelten als chemisch wesentlich stabiler, lagen aber bei der Effizienz des Lithiumtransports traditionell hinter ihren Konkurrenten zurück. Dennoch hat sich das LLNOF-Material in dieser Hinsicht als einzigartige Ausnahme erwiesen und die Aufmerksamkeit der Wissenschaftler auf sich gezogen.

Die Rolle von Fluor und der neue Rekord

Berichten zufolge lag die Leitfähigkeit dieses Materials noch im Jahr 2024 bei etwa 7 mS/cm (Millisiemens pro Zentimeter). Inzwischen haben die Wissenschaftler nicht nur die Ursache dieses Phänomens identifiziert, sondern es auch geschafft, die Leistung mehr als zu verdoppeln.

Untersuchungen haben gezeigt, dass sich bei der Bewegung eines Lithium-Ions ein benachbartes Fluor-Ion gleichzeitig in die entgegengesetzte Richtung verschiebt. Dies senkt die Energiebarriere innerhalb des Kristallgitters, sorgt dafür, dass Fluor den Weg für Lithium freimacht und beschleunigt dessen Migration erheblich.

Durch die perfekte Optimierung des Verhältnisses von Lithium, Lanthan und Leerstellen in der Materialstruktur konnten die Forscher die Leitfähigkeit auf 16,3 mS/cm steigern. Experten betonen, dass dies die höchste jemals gemessene Volumenleitfähigkeit für diese Klasse von Oxid-Festelektrolyten ist.

Derzeit handelt es sich um eine grundlegende wissenschaftliche Studie und noch nicht um ein fertiges Batterieprodukt. Dennoch wird erwartet, dass der neu entdeckte physikalische Mechanismus als solides Fundament für die Entwicklung einer neuen Generation von Festkörperbatterien dient, die die hohe Sicherheit und hohe Leitfähigkeit von Oxid-Elektrolyten vereinen.