de.wedoany.com-Bericht: Am 12. Juli 2026 hat das Institut Laue-Langevin (ILL) in Frankreich mithilfe der Neutronenpulverdiffraktionstechnik die ungleichmäßige Bewegung von Lithium-Ionen in vollständig festen Batterien aufgedeckt und damit eine neue Referenz für die Entwicklung sichererer und effizienterer Festkörperbatterien geliefert.
Herkömmliche wiederaufladbare Batterien verwenden üblicherweise flüssige Elektrolyte, was Sicherheitsrisiken birgt und die Leistungssteigerung einschränkt. Vollständig feste Batterien ersetzen die Flüssigkeit durch feste Elektrolyte, um eine höhere Sicherheit, eine höhere Energiedichte und eine bessere Leistung bei extremen Temperaturen zu erreichen. Allerdings sind Lithium-Ionen in festen Materialien oft ungleichmäßig verteilt, was zu unterschiedlichen Laderaten in verschiedenen Bereichen der Batterie führt und den zuverlässigen Betrieb beeinträchtigt.
Das Forschungsteam beobachtete erstmals unter Betriebsbedingungen eine dicke, arbeitende vollständig feste Batterie mit der Neutronenpulverdiffraktionstechnik. Im Gegensatz zu Röntgenstrahlen können Neutronen direkt mit Atomkernen interagieren, weisen eine hohe Empfindlichkeit gegenüber leichten Elementen wie Lithium auf und können dickere Batteriematerialien durchdringen, was eine zerstörungsfreie Überwachung der inneren Struktur ermöglicht. Um klare Signale zu erhalten, baute das Team eine etwa 2,5 mm dicke Batteriezelle mit 140 mg aktivem Kathodenmaterial. Durch die Verwendung eines neu synthetisierten, hochleitfähigen gemischten Halogenid-Argyrodit-Festelektrolyten, dessen Ionenleitfähigkeit sechsmal höher ist als die herkömmlicher Materialien, wurde das Problem des hohen Innenwiderstands der dicken Komponenten erfolgreich überwunden, sodass der Batterieelektrolyt die Extraktion von mehr als der Hälfte des Lithiums ermöglichte.
Die Beobachtungen offenbarten eine unerwartete strukturelle Komplexität im Inneren der Elektrode. Selbst bei extrem langsamen Laderaten war der Lithiumfluss nicht gleichmäßig; die Elektrode spaltete sich in zwei konkurrierende Strukturphasen (H1 und H2 genannt), was dazu führte, dass verschiedene Bereiche mit unterschiedlichen Raten geladen wurden. Als das Team das Experiment jedoch bei 100 °C wiederholte, verschwand dieses chaotische Zweiphasenverhalten vollständig. Die Wärme erhöhte die Ionenleitfähigkeit des Materials erheblich, glättete den Stromfluss und zwang das Lithium, sich in einem gleichmäßigen Tempo zu bewegen. Gleichzeitig blieb das Festelektrolytgerüst während des gesamten Prozesses stabil, ohne Anzeichen von Degradation, was positive Auswirkungen auf die langfristige Machbarkeit von sulfidbasierten vollständig festen Batterien hat.
Diese Entdeckung bietet Batterieentwicklern eine präzise Richtung zur Leistungsoptimierung und zeigt, dass der „Verkehrsstau“ im Inneren der Elektrode durch gezieltes Wärmemanagement und optimierte Leitfähigkeit beseitigt werden kann. Die entsprechende Studie wurde in der Fachzeitschrift „Advanced Energy Materials“ veröffentlicht.
