{"id":1545,"date":"2024-01-07T11:33:43","date_gmt":"2024-01-07T11:33:43","guid":{"rendered":"http:\/\/www.tumint-energy.de\/?p=1545"},"modified":"2024-01-07T11:33:44","modified_gmt":"2024-01-07T11:33:44","slug":"feststoffbatterie-neue-materialklasse-mit-hervorragender-ionenleitfaehigkeit","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.tumint-energy.de\/en\/2024\/01\/feststoffbatterie-neue-materialklasse-mit-hervorragender-ionenleitfaehigkeit\/","title":{"rendered":"Feststoffbatterie: Neue Materialklasse mit hervorragender Ionenleitf\u00e4higkeit"},"content":{"rendered":"

Einem Forschungsteam der Technischen Universit\u00e4t M\u00fcnchen (TUM) ist mit der Entdeckung einer \u00fcberdurchschnittlich leitf\u00e4higen Materialklasse ein entscheidender Schritt bei der Entwicklung von leistungsf\u00e4higen Feststoff-Batterien gelungen. Untersuchungen an der Forschungs-Neutronenquelle Heinz Maier-Leibnitz (FRM II) haben zu der Entdeckung entscheidend beigetragen.<\/p>\n\n\n\n

\"Dr.
Dr. Anatoliy Senyshyn am Pulver-Diffraktometer SPODI des FRM II.<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Die Erwartungen an die Batterien der Zukunft sind hoch: Sie sollen nicht nur leichter und leistungsf\u00e4higer, sondern auch langlebiger, sicherer und weniger st\u00f6ranf\u00e4llig werden. Wissenschaftler:innen auf der ganzen Welt versuchen diese Ziele mit Hilfe der Feststoff-Technologie zu erreichen: Anders als bei traditionellen Akkus, in denen die Lithium-Ionen durch einen fl\u00fcssigen Elektrolyten von der Anode zur Kathode und wieder zur\u00fcckwandern, enthalten Feststoff-Akkus keine Fl\u00fcssigkeit. Der Elektrolyt besteht aus einer festen Substanz. Diese kann weder auslaufen noch brennen. Au\u00dferdem kann man mit ihrer Hilfe das Gewicht von Akkus verringern. Theoretisch eine ideale Alternative.<\/p>\n\n\n\n

\u201eTats\u00e4chlich k\u00f6nnen die bisher verf\u00fcgbaren Feststoff-Elektrolyte \u2013 bei den meisten handelt es sich um oxidische Keramiken oder Verbindungen auf Schwefelbasis \u2013 die Erwartungen noch nicht ganz erf\u00fcllen\u201c, erkl\u00e4rt Prof. Thomas F\u00e4ssler<\/a> vom Lehrstuhl f\u00fcr Anorganische Chemie mit Schwerpunkt Neue Materialien<\/a> an der TUM. Zusammen mit seinem Team und in enger Kooperation mit der TUMint\u00b7Energy Research GmbH sucht er nach leistungsf\u00e4higeren Elektrolyten: \u201eDas Problem ist, dass Lithium-Ionen nur langsam durch feste Materialien diffundieren. Unser Ziel war es, den Ionentransport besser zu verstehen und dann dieses Wissen zu nutzen, um die Leitf\u00e4higkeit zu erh\u00f6hen.\u201c<\/p>\n\n\n\n

Ein leichtes Pulver als Hoffnungstr\u00e4ger<\/h2>\n\n\n\n

Das Ergebnis ist ein kristallines Pulver, das Lithium-Ionen \u00fcberdurchschnittlich gut leitet. Es enth\u00e4lt keinen Schwefel, daf\u00fcr Phosphor, Aluminium und einen vergleichsweise hohen Anteil an Lithium. Labormessungen haben gezeigt, dass diese bisher nicht beachtete Substanzklasse eine hohe Leitf\u00e4higkeit hat. Innerhalb kurzer Zeit gelang es den Chemiker:innen ein rundes Dutzend neuer, verwandter Verbindungen herzustellen, die beispielsweise Silicium oder Zinn statt Aluminium enthalten. Diese breite stoffliche Basis erlaubt eine schnelle Optimierung der Eigenschaften.<\/p>\n\n\n\n

Doch warum leiten diese Materialien die Ionen besonders gut? \u201eUm diese Frage beantworten zu k\u00f6nnen, muss man die Prozesse sichtbar machen, die im Inneren der Kristalle ablaufen\u201c, betont F\u00e4ssler. \u201eMit normaler Labor-Ausr\u00fcstung ist das jedoch nicht zu schaffen, weil die Lithium-Atome sehr leicht sind. Man kann sie daher mit R\u00f6ntgenstrahlung nicht exakt lokalisieren.\u201c<\/p>\n\n\n\n

Mit Neutronenstrahlen ins Detail<\/h2>\n\n\n\n

Die L\u00f6sung: Neutronenstrahlen. \u201eMit den Neutronen, die wir aus dem Forschungsreaktor bekommen, lassen sich selbst leichteste Atome aufsp\u00fcren. Das liegt daran, dass die Neutronen mit den Kernen der Atome interagieren und nicht, wie R\u00f6ntgenstrahlen, mit der H\u00fclle\u201c, erl\u00e4utert Dr. Anatoliy Senyshyn, der am FRM II das Pulver-Diffraktometer betreut, mit dem das neue Elektrolyt-Material analysiert wurde: \u201eWir haben in der Vergangenheit bereits verschiedene Vertreter aus der jungen, aber reichen Familie der festen Lithium-Ionenleiter untersucht. Mit Hilfe der Neutronenbeugung k\u00f6nnen wir sichtbar machen, wie die Ionen f\u00fcr ihre Wanderung Freir\u00e4ume im Kristallgitter nutzen.\u201c Diese Freir\u00e4ume sind in der neuen Substanzklasse so angeordnet, dass die Ionen in allen Richtungen gleich gut beweglich sind. Das h\u00e4ngt mit der hohen Symmetrie der Kristalle zusammen und ist wahrscheinlich die Ursache der \u201esuperionischen Lithium-Leitf\u00e4higkeit\u201c, die das TUM-Team jetzt beobachtet hat.<\/p>\n\n\n\n

Die synthetisierten Pulver sind damit aussichtsreiche Elektrolyt-Kandidaten f\u00fcr k\u00fcnftige Festk\u00f6rper-Akkus, res\u00fcmiert F\u00e4ssler: \u201eUnsere Grundlagenforschung hat das Potenzial, die Entwicklung von leistungsf\u00e4higeren Batterien zu beschleunigen.\u201c<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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