Neuer Rekord für Festkörperbatterien in Japan aufgestellt

Forscher der Universität Nagoya in Japan haben einen absoluten Rekord für die Leitfähigkeit von Lithium-Ionen-Oxid-Festelektrolyten aufgestellt. Laut ixbt.com wurde der Bewegungsmechanismus der Ionen in einem Material namens LLNOF identifiziert und dessen elektrische Leitfähigkeit auf 16,3 mS/cm gesteigert. Dies ist ein wichtiger Schritt zur gleichzeitigen Gewährleistung von Sicherheit und Effizienz im Bereich der Festkörperbatterien. Dies berichtet Ixbt.com berichtet.

Es ist bekannt, dass flüssige Elektrolyte in modernen Lithium-Ionen-Akkus bei Beschädigung leicht in Brand geraten können. Deshalb versuchen Wissenschaftler weltweit aktiv, auf Festelektrolyte umzusteigen. Obwohl Sulfid- und Chlorid-Analoga eine hohe Leitfähigkeit aufweisen, bergen sie das Risiko, bei Kontakt mit Feuchtigkeit giftige Gase freizusetzen. Oxid- und Oxyfluorid-Materialien sind deutlich stabiler und sicherer, hinkten jedoch bisher bei der Ionenmobilität hinterher.

Das LLNOF-Material und die neue Entdeckung

Das LLNOF-Material erregte erstmals 2024 Aufmerksamkeit, als seine Leitfähigkeit 7 mS/cm betrug. Die Experten verstanden jedoch nicht genau, warum sich die Lithium-Ionen so schnell bewegten. Um dieses Geheimnis zu lüften, züchtete ein Forschungsteam unter der Leitung von Takeshi Yajima über ein Jahr lang millimetergroße LLNOF-Einkristalle. Anschließend wurde die Einkristallbeugung eingesetzt, um die Anordnung der Atome und deren Verschiebungen zu analysieren.

Die Studie ergab, dass sich das Fluor-Ion im Material leicht verschiebt, wenn ein Lithium-Ion in eine Leerstelle wandert. Diese Bewegung macht den Weg für Lithium frei und senkt die Energiebarrieren für den Ionentransport durch den Elektrolyten erheblich. Einfach ausgedrückt: Fluor spielt hier keine passive Rolle, sondern seine Bewegung fördert aktiv die schnelle Wanderung von Lithium durch den Kristall.

Zukunftsaussichten

Durch die Anpassung des Verhältnisses von Lithium, Lanthan und Leerstellen konnten die Wissenschaftler eine Rekordleitfähigkeit von 16,3 mS/cm erreichen. Dieses Ergebnis widerlegt die in der Fachwelt weit verbreitete Annahme, dass eine hohe Leitfähigkeit nur von leicht verformbaren negativen Ionen abhängt.

Diese Entdeckung ebnet den Weg für die Entwicklung einer neuen Generation von Festkörperbatterien, die eine hohe Leitfähigkeit ohne Einbußen bei der Sicherheit ermöglichen. Es wird erwartet, dass diese Technologie in Zukunft die Leistung und Sicherheit von Akkus für Elektrofahrzeuge und tragbare Geräte drastisch verbessern wird.