Große Reichweite und kurze Ladezeiten sind der Traum aller Fans von E-Mobilität. Festkörperakkus sollen dies in Zukunft möglich machen. Ein Team der Technischen Uni München (TUM) hat ein neues Material entwickelt, das diese Akkus noch leistungsfähiger machen soll.
Das Team um den Chemiker Thomas Fässler hat ein Elektrolyt entwickelt, welches Lithiumionen schneller leitet als alle bisher bekannten Stoffe. Das Material besteht aus Lithium, Antimon und Scandium. Bisher nutzt man für Feststoffelektrolyte Lithium-Schwefel-Verbindungen, die zur Optimierung mit fünf weiteren Elementen versetzt werden.
Außerdem haben die Forschenden das Kristallgitter des Elektrolyts modifiziert: Je drei Lithiumatome haben sie durch ein Scandiumatom ersetzt – Scandium ist ein Übergangsmetall und gehört zu den Metallen der Seltenen Erden. Dadurch entstehen Leerstellen im Gitter, die es den Lithiumionen ermöglichen, sich leichter und schneller zu bewegen.
Dadurch wird die Leitfähigkeit des Materials deutlich verbessert. Es leite dadurch die Lithiumionen über 30% schneller als alle bisher bekannten Stoffe, schreibt das Team in der Fachzeitschrift Advanced Energy Materials. Weil die Leitfähigkeit so viel besser ist als bei anderen Materialien, wandte sich das Team an Kolleg*innen des Lehrstuhls für Technische Elektrochemie, um das Ergebnis zu verifizieren.
„Unsere Kombi besteht aus Lithium-Antimon und kann einfach auch auf Lithium-Phosphor übertragen werden“, sagte Jingwen Jiang, Erstautorin der Studie. „Wir gehen davon aus, dass unsere Entdeckung über dieses Beispiel hinaus Bedeutung für die Erhöhung der Leitfähigkeit bei anderen Substanzen haben kann.“
Laut Fässler ist das Ergebnis auch ein wichtiger Fortschritt in der Grundlagenforschung: „Mit dem Einbau von kleinen Mengen Scandium sind wir auf ein neues Prinzip gestoßen, das sich als richtungsweisend für andere Elementkombinationen erweisen könnte.“ Das Material könnte zudem auch als Zusatz in Elektroden integriert werden, weil es nicht nur Ionen, sondern auch Elektronen leite.
Für eine Anwendung in Akkuzellen seien aber noch viele Tests notwendig, betonte Fässler. Das Team hat die Entwicklung aber schon zum Patent angemeldet.
Festkörperakkus haben nicht nur eine spürbar höhere Energiedichte, sie lassen sich darüber hinaus auch noch schneller laden als ein Lithium-Ionen-Akku. Außerdem können sie nicht in Brand geraten, sind also sicherer. Aktuell sind sie aber noch deutlich teurer als die herkömmlichen Lithium-Ionen-Akkus.