Tohoku-Universität vereinfacht die Produktion von oxidbasierten Festkörperbatterien
Der Artikel behandelt Fortschritte in der Herstellung von Festkörperbatterien auf Oxidbasis durch die Tohoku-Universität und hebt ein neuartiges Bonding-Verfahren hervor, das die Grenzflächenstabilität verbessert.
Eine Forschungsgruppe an der Tohoku-Universität hat einen bedeutenden technologischen Meilenstein im Bereich der Energiespeicherung der nächsten Generation erreicht. Das Team hat ein wegweisendes Ultraschall-Bonding-Verfahren für oxidbasierte All-Solid-State-Batterien entwickelt. Diese Technik ermöglicht es, bei Raumtemperatur in nur wenigen Sekunden eine stabile Grenzfläche zwischen Lithium-Metall und festelektrolytischen Materialien vom Granat-Typ zu bilden.
Die größte Herausforderung bei festelektrolytischen Materialien vom Granat-Typ, insbesondere bei Lithium-Lanthan-Zirkonium-Oxid, war der hohe Grenzflächenwiderstand, der durch isolierende Passivschichten auf der Lithiumoberfläche verursacht wird. Traditionell erforderte die Überwindung dieses Problems energieintensive Hochtemperaturbehandlungen oder den gefährlichen Einsatz von geschmolzenem Lithium. Die neue Methode nutzt Ultraschallschwingungen, um diese isolierenden Schichten wirksam abzubauen. Unter angelegtem Druck verformt sich das Lithium-Metall plastisch und erzeugt einen dichten, nahtlosen Kontakt mit dem Lithium-Lanthan-Zirkonium-Oxid.
Die ersten Ergebnisse zeigten einen Grenzflächenwiderstand von etwa zweihundertfünfundzwanzig Ohm pro Quadratzentimeter. Durch das Einfügen einer dünnen Zwischenmetallschicht konnten die Forschenden diesen Widerstand jedoch erfolgreich auf bemerkenswerte ein Komma fünf Ohm pro Quadratzentimeter senken. Dieser Fortschritt senkt die Hürden für die Massenproduktion von All-Solid-State-Batterien erheblich, die sicherer und energiedichter sind als heutige Versionen mit flüssigem Elektrolyten. Das Forschungsteam plant, seine Arbeit fortzusetzen, indem es die mikroskopischen Strukturen sowie den Einfluss von Oberflächenrauheit und Korngrenzen analysiert, um die Bonding-Qualität weiter zu optimieren.
