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Batterietechnik TUM: Neues Material aus Lithium, Antimon und Scandium verbessert Festkörperbatterien

Von Stefanie Eckardt 2 min Lesedauer

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Festkörperbatterien gelten als der heilige Gral in der Elektromobilität. Das sind sie zwar nicht, aber sie können mehr Energie speichern und bestehen nicht aus feuergefährlichen Materialien wie die derzeit üblichen Lithium-Batterien. TUM und TUMint.Energy Research arbeiten an der Verbesserung der Batterietechnik und haben ein neues Material aus Lithium, Antimon und Scandium entwickelt.

Am Lehrstuhl für Anorganische Chemie haben Forscher ein neues Material für Festkörperbatterien entwickelt.(Bild: Robert Reich | TUM)
Am Lehrstuhl für Anorganische Chemie haben Forscher ein neues Material für Festkörperbatterien entwickelt.
(Bild: Robert Reich | TUM)

An der Technischen Universität München arbeitet der Lehrstuhl für Anorganische Chemie mit Schwerpunkt Neue Materialien daran, Festkörperbatterien zu optimieren. Dafür ersetzte man einen Teil des Lithiums in der Verbindung Lithium-Antimonid durch das Metall Scandium. Dadurch entstehen gezielt Lücken, sogenannte Leerstellen, im Kristallgitter des Leitermaterials. Diese Lücken helfen den Lithiumionen, sich leichter und schneller zu bewegen. Das neu entwickelte Material leitet nach Aussagen der Forschungseinrichtungen Lithiumionen über 30 Prozent schneller als alle bisher bekannten Stoffe.

Thermische Stabilität

An der TUM sieht man große Potenziale für das neue Material: „Unser Ergebnis stellt derzeit einen wesentlichen Fortschritt in der Grundlagenforschung dar“, betont Prof. Thomas F. Fässler vom Lehrstuhl für Anorganische Chemie. „Mit dem Einbau von kleinen Mengen Scandium sind wir auf ein neues Prinzip gestoßen, das sich als richtungsweisend für andere Elementkombinationen erweisen könnte. Für eine Anwendung in einer Batteriezelle sind noch viele Tests notwendig. Wir sind zuversichtlich, weil Materialien, die sowohl Ionen als auch Elektronen leiten können, sich besonders gut als Zusatz in Elektroden eignen. Da sich daraus vielversprechende praktische Anwendungen ergeben können, haben wir unsere Entwicklung auch bereits zum Patent angemeldet.“ Neben der höheren Geschwindigkeit bietet das Material auch thermische Stabilität und ist mit bewährten chemischen Verfahren einfach herzustellen.

Neue 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.“ (se)

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