Übersehen: Neue Batterie schafft mit spezieller Textur Leistungssprung

Die Textur einer Metalloberfläche verrät, wie die winzigen Bausteine in ihrem Inneren ausgerichtet sind. Eine neue Studie zeigt, dass durch die gezielte Veränderung dieser Textur Batterien entwickelt werden können, die bis zu zehnmal schneller laden als bisherige Modelle.

10x schnelleres Laden: Steckt die Lösung im Metall?

Bei der Batterieforschung konzentrierte man sich bisher hauptsächlich auf die Entwicklung neuer Materialien, Designs und chemischer Zusammensetzungen. Wie eine neue Studie beschreibt, wurde ein Aspekt dabei jedoch bisher vernachlässigt: Die Bedeutung der Oberflächenstruktur der in Batterien verwendeten Metalle.

Im Mittelpunkt der neuen Untersuchung stehen weiche Metalle wie Lithium und Natrium, die als negative Elektroden (Anoden) in Batterien eingesetzt werden. Die Textur dieser Metalle, also die Ausrichtung ihrer Kristallstrukturen, beeinflusst, wie schnell sich Atome an der Oberfläche bewegen können. Je schneller diese Bewegung, desto rascher kann die Batterie geladen und entladen werden.


Das Team des Laboratory for Energy Storage and Conversion der Universität von Chicago entdeckte, dass eine hauchdünne Siliziumschicht zwischen dem Lithiummetall und dem Stromabnehmer die gewünschte Textur erzeugt - mit beeindruckenden Effekten: "Diese Änderung verbesserte die Ladegeschwindigkeit von Festkörperbatterien mit Lithiummetall um fast das Zehnfache", erklärt Dr. Minghao Zhang, Hauptautor der Studie.

Wie sieht man die Textur?

Um die feinen Strukturen der Metalle genau zu untersuchen, wurde eine Kombination aus zwei modernen Mikroskoptechniken eingesetzt. Die sogenannte "Plasma-Focused Ion Beam-Scanning Electron Microscopy" (PFIB-SEM) nutzt einen Ionenstrahl, um extrem dünne Schichten des Materials abzutragen und gleichzeitig hochauflösende Bilder der Oberfläche zu erzeugen.

Zusätzlich kam die Elektronenrückstreubeugung (Electron Backscatter Diffraction) zum Einsatz. Dabei werden Elektronen auf das Material geschossen, und das Muster ihrer Rückstreuung zeigt, wie die Kristalle im Metall ausgerichtet sind. Mithilfe dieser Methoden konnten die inneren Strukturen der empfindlichen Metalle präzise analysiert und sichtbar gemacht werden.

Die in der Fachzeitschrift Joule veröffentlichte Forschung hat bereits das Interesse der Industrie geweckt. In Zusammenarbeit mit LG Energy Solution wird nun an der Kommerzialisierung der Technologie gearbeitet.

Die Geschichte der Batterie

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