Das Institut für Physik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften hat in Zusammenarbeit mit mehreren Forschungsteams bedeutende Fortschritte in der Festkörperbatterietechnologie erzielt und erfolgreich eine neuartige Anionenkontrolltechnologie entwickelt. Durch die Konstruktion einer neuartigen Elektroden-Elektrolyt-Schnittstellenstruktur löst diese Technologie effektiv das Kernproblem des schlechten Schnittstellenkontakts in Festkörper-Lithium-Metall-Batterien und eröffnet damit neue Wege für die Entwicklung von Energiespeichertechnologien der nächsten Generation.

Das Forschungsteam unter der Leitung von Huang Xuejie vom Institut für Physik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und in Zusammenarbeit mit Forschern der Huazhong University of Science and Technology und des Ningbo Institute of Materials Science and Engineering der Chinesischen Akademie der Wissenschaften entdeckte, dass in herkömmlichen Festkörperbatterien zahlreiche Poren und Risse zwischen der metallischen Lithiumelektrode und dem Festelektrolyt vorhanden sind, was die Leistung und Sicherheit der Batterie erheblich beeinträchtigt. Herkömmliche Lösungen sind auf kontinuierlichen äußeren Druck angewiesen, um den Kontakt aufrechtzuerhalten, was zu übermäßiger Größe und Gewicht der Batterie führt und ihre praktische Anwendung erschwert.

Um diesen Engpass zu beheben, führte das Forschungsteam auf innovative Weise Jodionen in den Sulfidelektrolyten ein. Forscher Huang Xuejie erklärte: „Während des Batteriebetriebs wandern Jodionen unter dem Einfluss des elektrischen Feldes zur Elektrodenschnittstelle und bilden eine jodreiche Grenzflächenschicht. Diese Schnittstelle zieht aktiv Lithiumionen an und ermöglicht so die Selbstreparatur.“ Diese Anionenregulierungstechnik gewährleistet einen engen Kontakt zwischen Elektrode und Elektrolyt, sodass keine externe Druckbeaufschlagung erforderlich ist.

Prototypbatterien, die mit dieser Anionenregulierungstechnologie hergestellt wurden, zeigten eine ausgezeichnete Zyklenstabilität und behielten ihre Leistung auch nach Hunderten von Lade- und Entladezyklen unter Standardtestbedingungen stabil. Die in Nature Sustainability und Advanced Materials veröffentlichten Forschungsergebnisse markieren einen wichtigen Schritt hin zur praktischen Anwendung von Festkörperbatterien. Diese Anionenregulierungstechnologie bietet einen neuen Ansatz zur Lösung von Grenzflächenproblemen in Festkörperbatterien und dürfte die Entwicklung von Energiespeichern der nächsten Generation vorantreiben.