Festkörperbatterien unter der Lupe

Bessere Speichereigenschaften, längere Lebensdauer und erhöhte Sicherheit – das sind nur einige der Versprechen der Festkörperbatterie. An der Weiterentwicklung der Lithium-Ionen-Batterie mit einem festen Elektrolyten wird weltweit geforscht. Auch das Batterie-Kompetenzcluster FestBatt des Bundesministeriums für Bildung und Forschung leistet hier unter Beteiligung des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) Grundlagenforschung. Nun haben Forschende die Entwicklungsarbeit der vergangenen zehn Jahre unter die Lupe genommen. In Nature Energy benennen sie Herausforderungen und offene Fragen auf dem Weg zu einer wettbewerbsfähigen Festkörperbatterie.

Kritische Bestandsaufnahme mit optimistischem Ausblick

„Es wird deutlich, dass das Konzept der Festkörperbatterie mittlerweile viele Varianten umfasst, deren Erfolg auch heute noch nicht sicher absehbar ist“, fasst Jürgen Janek, Leiter des gemeinsam von KIT und BASF betriebenen Battery and Electrochemistry Laboratory, Universitätsprofessor an der Justus-Liebig-Universität Gießen und einer der beiden Autoren der Studie zusammen. Trotz der umfangreichen Aktivitäten in Forschungseinrichtungen und Industrieunternehmen gebe es bislang noch keinen messbaren Fortschritt gegenüber der etablierten Lithium-Ionen-Zelltechnologie mit flüssigen Elektrolyten.

Die entscheidende Herausforderung sei weiterhin die Entwicklung fester Elektrolyte, die bei möglichst geringer Lithiumkonzentration gleichzeitig höhere Batterieleistungen und Sicherheit gewährleisten, so Janek. Außerdem werde ein Anodenmaterial höchster Kapazität benötigt, das ein geringeres Volumen und Gewicht der Batterie ermöglicht.

„Unser Ausblick ist optimistisch“, betont Co-Autor Wolfgang Zeier, der sowohl an der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster und dem Helmholtz-Institut Münster des Forschungszentrums Jülich tätig ist: „Festkörperbatterien werden zweifellos die Kommerzialisierung erreichen. Es bleibt aber offen, wann und in welchem Umfang.“

mhe, 24.02.2023