Mit Beschichtungen zu besseren Batterien, Hochschule für Technik und Umwelt FHNW

Im Nano-Argovia-Projekt BatCoat untersuchten Forschende eine neue Generation von Batterien, sogenannte anodenlose Festkör- per-Lithiumbatterien. Diese speichern besonders viel Energie, sind günstiger herzustellen und sicherer als heutige Lithium- Ionen-Batterien – und könnten entscheidend zu einer effektiven, sicheren und nachhaltigen Elektromobilität beitragen.

Das Nano-Argovia-Projekt BatCoat zielte darauf ab, zentrale technische Hürden auf dem Weg zu zuverlässigen Lithium-Metall-Festkörperbatteriezellen zu überwinden. Konkret wollten die Forschenden:

• eine homogene, reversible Abscheidung von Lithium auf einer Kupferoberfläche erreichen, die mehr als 500 Lade- und Entladezyklen mit weiterhin hoher Kapazität übersteht,
• schädliche Reaktionen zwischen Lithium und festem Elektrolyten verhindern, indem sehr dünne Funktionsschichten aus verschiedenen Materialien (< 100 Nanometer) auf der Kupferoberfläche aufgebracht werden,
• die Vorteile von 3D-Kupfer untersuchen, um die Bildung von Lithium-Dendriten auf der Anode abzuschwächen und damit Leistungs- und Sicherheitseinbussen zu vermeiden,
• ein Konzept für die industrielle Herstellung der nanoskaligen Funktionsschichten auf dreidimensionalem Kupfer erarbeiten.

Das Team hat gezeigt, dass extrem dünne Beschichtungen auf dem Stromsammler einige dieser Probleme deutlich verringern können. Eine Silberschicht sorgt beispielsweise dafür, dass sich das Lithium gleichmässiger abscheidet, während eine zusätzliche Schutzschicht schädliche Reaktionen verhindert – was sehr viele Ladezyklen ermöglichte. Computersimulationen bestätigten, dass die Beschichtungen auch die mechanische Belastung im Inneren der Batterie redu- zieren und Rissbildung verhindern. Insgesamt zeigt das Bat- Coat-Projekt, dass gezielte Oberflächenbeschichtungen die Sta- bilität und Lebensdauer anodenloser Festkörperbatterien deut- lich verbessern.