Forscher an der Technischen Universität München erzielten einen Weltrekord mit einem Lithiumionen-Leiter.
Festkörperbatterien gelten als wichtige Zukunftstechnologie, denn sie können mehr Energie speichern und sie sind nicht feuergefährlich wie Lithiumbatterien. Das neue Material aus Lithium, Antimon und Scandium leitet Lithiumionen über 30 % schneller als andere Stoffe. Durch Ersetzen eines Teils des Lithiums in der Verbindung Lithium-Antimonid durch das Metall Scandium entstehen gezielt Lücken (Leerstellen) im Kristallgitter des Leitermaterials. Diese helfen den Lithiumionen, sich leichter und schneller zu bewegen.
Prof. Thomas F. Fässler und sein Team sehen in diesem wesentlichen Fortschritt in der Grundlagenforschung grosse Potentiale für das neue Material. Der Einbau von kleinen Mengen Scandium kann für andere Elementkombinationen entscheidend und richtungsweisend sein. Bis zur Anwendung in einer Batteriezelle und Serienreife braucht es noch viele Tests.
Dazu sagen die Forscher: «Wir sind zuversichtlich, weil Materialien, die sowohl Ionen als auch Elektronen leiten können, sich besonders gut als Zusatz in Elektroden eignen», sagen die Forscher. Weitere Vorteile neben der höheren Geschwindigkeit sind thermische Stabilität und die einfache Herstellung mit bewährten chemischen Verfahren. Diese neue Entwicklung wurde bereits zum Patent angemeldet.
Substanzklasse
Die Forschenden haben mit ihrer Arbeit sogar eine völlig neue Substanzklasse entdeckt, wie Erstautorin Jingwen Jiang, Forscherin an der TUMint.Energy Research GmbH, hervorhebt: «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, wird bei uns lediglich Scandium als weitere Komponente gebraucht. Wir gehen davon aus, dass unsere Entdeckung über dieses Beispiel hinaus Bedeutung für die Erhöhung der Leitfähigkeit bei anderen Substanzen haben kann.»
