Forscher:innen der Münchner Universität TUM und der Tumint Energy Research GmbH haben einen Schritt bei der Verbesserung von Festkörperbatterien gemacht. Sie entwickelten ein neues Material aus Lithium, Antimon und Scandium, das Lithiumionen mehr als 30 % schneller leitet als alle bisher bekannten Stoffe. Das Team um Thomas Fässler, Professor für Anorganische Chemie mit Schwerpunkt Neue Materialien, ersetzte einen Teil des Lithiums in der Verbindung Lithium-Antimonid durch das Metall Scandium. Dadurch entstehen gezielt Lücken, sogenannte Leerstellen, im Kristallgitter von dem neuen Lithiumionen-Leiter. Diese Lücken helfen den Lithiumionen, sich leichter und schneller zu bewegen und ermöglichten den neuen Weltrekord. Tobias Kutsch von der Tumint Energy Research GmbH, der weitere Tests durchführte sagt: „Weil das Material auch Strom leitet, war das eine besondere Herausforderung und wir mussten unsere Messmethoden dafür anpassen.“

Da der Wert so deutlich über denen der bekannten Materialien liegt, haben die Forscher:innen sich den Lehrstuhl für Technische Elektrochemie um Hubert Gasteiger an der TUM gewandt, um das Ergebnis abzusichern.

Neuer Lithiumionen-Leiter wichtiger Fortschritt in der Grundlagenforschung

Thomas Fässler sieht große Potentiale für das neue Material: „Unser Ergebnis stellt derzeit einen wesentlichen Fortschritt in der Grundlagenforschung dar. Mit dem Einbau von kleinen Mengen Scandium sind wir auf ein neues Prinzip gestoßen, das sich als richtungsweisend für andere Elementkombinationen erweisen könnte. Für eine Anwendung in einer Batteriezelle sind noch viele Tests notwendig. Wir sind zuversichtlich, weil Materialien, die sowohl Ionen als auch Elektronen leiten können, sich besonders gut als Zusatz in Elektroden eignen. Da sich daraus vielversprechende praktische Anwendungen ergeben können, haben wir unsere Entwicklung auch bereits zum Patent angemeldet.“ Neben der höheren Geschwindigkeit bietet das Material auch thermische Stabilität und ist mit bewährten chemischen Verfahren einfach herzustellen.

Die Forschenden haben mit ihrer Arbeit eine völlig neue Substanzklasse entdeckt. „Unsere Kombination besteht aus Lithium-Antimon und kann einfach auch auf Lithium-Phosphor übertragen werden. Während der bisherige Rekordhalter auf Lithium-Schwefel basierte und zur Optimierung fünf weitere Elemente benötigt, brauchen wir lediglich Scandium als weitere Komponente“, sagt Jingwen Jiang, Forscherin an der Tumint Energy Research GmbH- „Wir gehen davon aus, dass unsere Entdeckung über dieses Beispiel hinaus Bedeutung für die Erhöhung der Leitfähigkeit bei anderen Substanzen haben kann.“

Quelle: TUM | solarserver.de © Solarthemen Media GmbH