Deutsche Hochschulen und Universitäten bewerten die Herausforderungen und Anforderungen der gesamten Festkörperbatterie, vorgeschlagene Verarbeitungskettenbehandlungsmethode

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Die deutsche Universität München (TUM) und die Forscher des Helmholtz-Instituts (HIU) der Universität Ulm bewerten die Herausforderungen und Anforderungen der großflächigen Bearbeitung aller Festkörper-Lithium-Ionen- und Lithium-Metall-Batterien. Sie berichten über ihre Forschungsergebnisse an Experten aus Forschungseinrichtungen, Materiallieferanten und Automobilherstellern. Um die Lücke zwischen der Materialforschung und der industriellen Massenfertigung zu schließen, schlägt das Team eine Prozesskettenbehandlung für sulfid- und oxidbasierte Festkörperbatterien (ASSB) von den Elektroden bis zur Batterieverpackung und Qualitätskontrolle vor.

Die Forscher verglichen die Prozesse der sulfidbasierten Festkörperbatterie und der herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterie konkret und stellten fest, dass der Herstellungsprozess der Verbundelektrode zwar durch einige Techniken angepasst werden kann, die Herstellung der Festelektrolyt-Isolationsschicht und die Integration der Lithiummetallanode jedoch ein neuer Prozess sein wird. Obwohl sie derzeit allgemein in der Unterhaltungselektronik sowie in der Industrie und im Automobilbereich eingesetzt werden, weisen herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien viele Probleme auf, darunter die Verfügbarkeit von Rohstoffen, Sicherheitsprobleme und eine begrenzte Energiespeicherkapazität. Forscher Schnell sagte: „Um den Bedarf der Autonutzung im Jahr 2025 zu decken, werden 800 Wh/l benötigt, und mehr als 300 Wh/kg sind mehr als genug Energie.“

„Eine herkömmliche Lithium-Ionen-Batterie besteht aus zwei Elektroden, Trennwänden und einer Dichtung aus flüssigem Elektrolyt, das aus nichtionischen organischen Lösungsmitteln und leitfähigen Salzen besteht. Forscher sagten, dass viele aktuelle Probleme bei Lithium-Ionen-Batterien auf diesen flüssigen Elektrolyten zurückzuführen seien. Die Entflammbarkeit des Lösungsmittels führt zu Sicherheitsproblemen und Nebenreaktionen der Batterie, und das Leitsalz führt zum Abbau und zur Alterung der Batteriekapazität.

Bei der Batterieverarbeitung kommt es zum Füllen und Benetzen des Elektrolyten sowie zu zahlreichen Formgebungsprozessen. Im Gegensatz dazu ist die Festkörperbatterie aufgrund des Fehlens brennbarer Komponenten wesentlich sicherer und kann die Energiedichte deutlich verbessern. Anstelle des flüssigen Elektrolyten kommt in der Vollfestkörperbatterie ein solcher zum Einsatz, der als elektrischer Isolator und als Ionenleiter genutzt werden kann.

SolidPhysicalBarrier kann durch die Bildung von Alarmzweigkristallen auch Lithiummetall als Anodenmaterial verwenden. Daher kann die volumetrische Energiedichte im Vergleich zu herkömmlichen Graphitbatterien um bis zu 70 % erhöht werden. Darüber hinaus kann die elektrochemische Stabilität des Festelektrolyten zu Kathodenmaterialien mit hoher Kapazität (wie Schwefel) oder hoher Spannung führen.

Insgesamt zeigt die Forschung, dass zwar eine kontinuierliche Verbesserung und Entwicklung des Materials erforderlich ist, um die Herausforderungen hinsichtlich der Stabilität und elektrischen Leitfähigkeit der Batterieschnittstellen zu bewältigen, die Material- und Verarbeitungskosten bei der zukünftigen Forschung jedoch keine so große Rolle spielen, dass schnell auf dem Markt investiert werden kann. .