Feststoffbatterien haben viele Vorteile – aber es gibt noch viel zu tun

Feststoffbatterien sind herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien zwar überlegen, jedoch müssen die Energie- und Leistungsdaten noch deutlich verbessert werden. Zu diesem Ergebnis kommen Gießener Batterieforscher.

Gießener Physikochemiker um Prof. Jürgen Janek und Dr. Felix Richter analysieren die Eigenschaften und Leistungsdaten zukünftiger Feststoffbatterien, gemeinsam mit einer Reihe weiterer Wissenschaftler unter anderem aus dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT), BASF, BMW und Volkswagen. Die jetzt in „Nature Energy“ erschienene Analyse schlägt die Brücke zwischen Messungen an eigenen Feststoffbatterien mit Referenzcharakter und einer umfassenden Bewertung des internationalen Stands der Forschung.

Feststoffbatterien werden heute intensiv als mögliche Weiterentwicklung der Lithium-Ionen-Batterien erforscht. In Feststoffbatterien wird der bisherige flüssige und organische Elektrolyt durch einen meist anorganischen festen (keramischen) Elektrolyten ersetzt. Dies könnte die Stabilität und Lebensdauer von Lithium-basierten Batterien erheblich verbessern. Wenn durch den Einsatz fester Elektrolyte auch die Nutzung von Lithium als Elektrodenmaterial möglich würde, könnte dies die Energiedichte der Batterien spürbar vergrößern. Aus diesem Grund erforschen und entwickeln Industrieunternehmen und Forschungseinrichtungen in aller Welt Batteriekonzepte auf Feststoffbasis.

In der vorliegenden Veröffentlichung analysieren und bewerten die Gießener Forscher mit ihren Partnern die wesentlichen Eigenschaften von Feststoffbatterien, abhängig von der Wahl des Festelektrolyten. Sie kommen unter anderem zu dem Ergebnis, dass Feststoffbatterien durchaus Vorteile gegenüber etablierten Lithium-Ionen-Batterien bringen können – dass aber hierfür noch eine ganze Reihe von Meilensteinen, sowohl im Bereich der Festelektrolyte als auch im Bereich der Grenzflächen der verschiedenen Batteriematerialien, erreicht werden müssen. So zeigt die Analyse aller aus vorherigen Publikationen bekannten Zelldaten, dass die Energie- und Leistungsdaten noch merklich verbessert werden müssen. Die wichtigsten Ansätze für diese Verbesserung werden von den Autoren erläutert und bewertet.

Die nun vorgelegte Analyse ist das Ergebnis der Arbeit eines vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Projektes, an dem neben der JLU acht weitere Partnereinrichtungen beteiligt waren. Die experimentellen Arbeiten wurden im Wesentlichen an der JLU und in der Gruppe von Prof. Ellen Ivers-Tiffée am KIT durchgeführt. Die enge Kooperation von JLU und KIT im Bereich der Batterieforschung wird auch durch die Mitwirkung der AG Janek im Exzellenzcluster POLIS (KIT/U Ulm) und die wissenschaftliche Leitung des BASF/KIT-Gemeinschaftslabors BELLA durch Prof. Janek am KIT sichtbar.

Die 1607 gegründete Justus-Liebig-Universität Gießen (JLU) ist eine traditionsreiche Forschungsuniversität, die rund 28.000 Studierende anzieht. Neben einem breiten Lehrangebot – von den klassischen Naturwissenschaften über Rechts- und Wirtschaftswissenschaften, Gesellschafts- und Erziehungswissenschaften bis hin zu Sprach- und Kulturwissenschaften – bietet sie ein lebenswissenschaftliches Fächerspektrum, das nicht nur in Hessen einmalig ist: Human- und Veterinärmedizin, Agrar-, Umwelt- und Ernährungswissenschaften sowie Lebensmittelchemie. Unter den großen Persönlichkeiten, die an der JLU geforscht und gelehrt haben, befindet sich eine Reihe von Nobelpreisträgern, unter anderem Wilhelm Conrad Röntgen (Nobelpreis für Physik 1901) und Wangari Maathai (Friedensnobelpreis 2004). Seit dem Jahr 2006 wird die Forschung an der JLU kontinuierlich in der Exzellenzinitiative bzw. der Exzellenzstrategie von Bund und Ländern gefördert.