de.wedoany.com-Bericht: Ein interdisziplinäres Team des Max-Planck-Instituts für nachhaltige Materialien hat in der Fachzeitschrift Nature Forschungsergebnisse veröffentlicht, die den spezifischen Mechanismus aufdecken, durch den Lithium-Dendriten in Festkörperbatterien zum Bruch der keramischen Elektrolyte und damit zu Kurzschlüssen führen. Festkörperbatterien gelten als die nächste Generation der Energiespeichertechnologie, mit Vorteilen wie höherer Speicherkapazität, Sicherheit und theoretischer Lebensdauer. Das Wachstum von Lithium-Dendriten während des Ladevorgangs stellt jedoch das Haupthindernis für ihre Kommerzialisierung dar.

Um dieses kontraintuitive Phänomen zu untersuchen – dass weiches Lithiummetall harte keramische Elektrolyte durchdringen kann – führte das Forschungsteam experimentelle Analysen mit fortschrittlicher Vakuum-Kryo-Charakterisierungstechnik durch. Experimente und Berechnungen zeigen, dass sich Lithium-Dendriten ähnlich wie Wasser, das in Gesteinsrisse eindringt, im Elektrolyten ausbreiten und neue Risse bilden. Der Druckaufbau innerhalb der Dendriten führt schließlich zum spröden Bruch des Festelektrolyten. Die Studie fand keine Belege für die alternative Hypothese, dass Lithium an Korngrenzen nukleiert und verschmilzt.

Basierend auf diesen Erkenntnissen schlug das Team potenzielle Strategien zur Unterdrückung von Dendriten vor, darunter die Erhöhung der Festigkeit des Festelektrolyten, um die Rissbildung zu verzögern, die Einführung von Mikrokavitäten, um die Wachstumsrichtung der Dendriten zu ändern und Risse umzulenken, sowie das Aufbringen einer Schutzschicht auf der Lithium-Elektrode. Yuwei Zhang, Leiter der Arbeitsgruppe für Chemomechanik von Batteriematerialien am Max-Planck-Institut, betonte, dass das Verständnis des Materialverhaltens entscheidend sei, um vielversprechende Technologien in praktische Anwendungen zu überführen.