de.wedoany.com-Bericht: Das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT entwickelt mehrere Laserprozesse, um den Weg der Festkörperbatterien vom Laborzellmaßstab zur industriellen Produktion zu unterstützen. Die Forschung umfasst das Lasersintern von Festelektrolyten, die Laserstrukturierung von Grenzflächen und das Laserschneiden von Lithiummetallfolien.
Festkörperbatterien ermöglichen durch die Lithiummetallanode eine höhere Energiedichte, mit einer spezifischen Kapazität von bis zu 3860 Milliamperestunden pro Gramm, was weit über der herkömmlicher Graphitanoden liegt. Der Festkörperelektrolyt bietet zudem höhere Sicherheit und ein breiteres Arbeitstemperaturfenster. Dr. Stoyan Stoyanov, Physiker in der Abteilung Schneiden am Fraunhofer ILT, erklärt: „Der entscheidende Vorteil von Festkörperbatterien ist ihre inhärente Sicherheit. Da kein flüssiger Elektrolyt verwendet wird, besteht kein Risiko von Leckagen oder thermisch bedingten Bränden. Darüber hinaus unterdrückt die hohe mechanische Stabilität vieler Festelektrolyte die Bildung von Lithiumdendriten, die eine Hauptursache für interne Kurzschlüsse in herkömmlichen Zellen sind.“
Bei Festelektrolyten erfordern oxidkeramische Materialien wie Lithium-Lanthan-Zirkonium-Titanat (LLZO) das Sintern bei etwa 1200 °C, was häufig zu Lithiumverlusten und der Bildung von Sekundärphasen führt. Florian Ribbeck von der Gruppe Hochtemperatur-Funktionalisierung am Fraunhofer ILT weist auf einen weiteren Engpass hin: „Ein weiterer Flaschenhals ist die Grenzfläche zwischen Elektrolyt und Anode. Ein hoher Grenzflächenwiderstand mindert die Leistung und erhöht das Risiko von Ungleichmäßigkeiten während der Lithiumabscheidung und -ablösung. Das Beherrschen dieser Grenzflächenchemie ist die Grundlage für die Herstellung stabiler, langlebiger Zellen.“ Die Forschenden nutzen ultrakurze Laserpulse im Femtosekundenbereich, um Mikrostrukturen auf der Oberfläche des Festelektrolyten einzubringen. Es wurde bereits gezeigt, dass reproduzierbare Strukturen im Bereich von etwa 30 Mikrometern erzeugt werden können, um die effektive Kontaktfläche zu vergrößern und den Grenzflächenwiderstand zu verringern. Das Institut erforscht parallel dazu das Laserschneiden von Lithiummetallfolien. Dies erfolgt berührungslos in einer reinen Argonatmosphäre mit einem Taupunkt unter -70 °C, wobei die Eignung von ultrakurzen Pikosekundenlasern im Vergleich zu Nanosekundenlasern bewertet wird.
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