In den meisten herkömmlichen Batterien ist der Elektrolyt eine brennbare Flüssigkeit. In Feststoffbatterien sollen künftig feste Elektrolyten eingesetzt werden, um mehr Energiedichte und grössere Sicherheit zu erzielen. Ein fester Elektrolyt erlaubt ausserdem die Verwendung von alternativen Materialien für die Elektroden, beispielsweise reines Lithium-Metall für die Anode. So lassen sich mit Festkörperbatterien deutlich höhere Energiedichten erreichen. Ein Forscher-Team der Empa aus dem Labor für Funktionspolymere arbeitet derzeit an einem neuartigen Elektrolyten, der gleich in mehreren Punkten Verbesserungen bringen soll. Während Elektrolyten für Feststoffbatterien bisher meistens aus steifen Werkstoffen bestehen, ist der Festelektrolyt der Empa weich und dehnbar.
Ausgangspolymer für diesen Elektrolyten ist ein Polysiloxan, besser bekannt als Silikon. Der elastische Kunststoff hat jedoch einen grossen Nachteil für die Batterieforschung. Da er apolar ist, lösen sich die Ionen nicht in ihm auf. Den Forschenden ist es nun aber gelungen, das Material trotzdem zu einem guten Ionenleiter zu machen und gleichzeitig die elastischen Eigenschaften beizubehalten. Der neue elastische Elektrolyt schlägt laut den Empa-Entwicklern «zwei Fliegen mit einer Klappe», denn er ist fest genug, um dem Dendritenwachstum entgegenzuwirken und elastisch genug, um entstehende Hohlräume zu füllen und dadurch die Volumenveränderungen der Anode beim Laden und Entladen auszugleichen. «Das Material lässt sich zu Dünnschichten von wenigen Mikrometern verarbeiten und ist skalierbar», sagt Empa-Forscherin Dorina Opris. «Stellt man es im industriellen Massstab her, ist es zudem günstiger als herkömmliche feste Polymer-Elektrolyten.» Nun soll die Ionenleitfähigkeit des Silikon-Elektrolyten noch weiter verbessert werden, und ausserdem gilt es, einen Industriepartner zu finden, um mit der Kommerzialisierung zu beginnen.
Polymermaterial für bessere Feststoffbatterien
