Glas könnte der Schlüssel zu besseren Batterien sein

Dänische Wissenschaftler der Universität Aalborg haben einen vielversprechenden Ansatz zur Entwicklung leistungsfähigerer Festkörperbatterien vorgestellt. Ihre Forschung, die in Nature Communications veröffentlicht wurde, zeigt, dass die gezielte Nutzung der „atomaren Unordnung“ in Glas die Effizienz von Batterien erheblich steigern könnte. Die neuartigen Akkumulatoren könnten künftig die Lithium-Ionen-Technologie ersetzen.

Festkörperbatterien als Zukunft der Energiespeicherung

Batterien sind essenziell für die Speicherung nachhaltiger Energie und damit für das Erreichen globaler Klimaziele. Die derzeit weit verbreiteten Lithium-Ionen-Batterien haben jedoch ihre Grenzen: Sie nutzen flüssige Elektrolyte, die zwar einen schnellen Ionentransport ermöglichen, aber auch Sicherheitsrisiken wie leichte Entflammbarkeit bergen. Zudem sind ihre Optimierungsmöglichkeiten nahezu ausgeschöpft.

Festkörperbatterien gelten als vielversprechende Alternative, da sie sicherer sind und mehr Energie speichern können. Ihr fester Elektrolyt weist jedoch noch hohe Widerstände auf, wodurch der Ionentransport verlangsamt wird – eine der größten Herausforderungen für ihre Entwicklung.

Die Rolle von Glas: Unordnung als Vorteil

Das Forscherteam um Professor Morten Mattrup Smedskjær konzentriert sich auf die Optimierung des Elektrolyten in Festkörperbatterien. Ihr Ansatz basiert auf der gezielten Erzeugung von „Unordnung auf atomarer Ebene“ innerhalb des Materials. Während geordnete Strukturen nur wenige, starre Leitungswege für Ionen bieten, ermöglicht eine unregelmäßige, glasartige Struktur den Teilchen, sich flexibler durch zahlreiche Hohlräume zu bewegen.

Die Studie zeigt, dass nicht maximale Unordnung, sondern ein ausgewogenes Verhältnis zwischen geordneten und ungeordneten Strukturen die besten Ergebnisse liefert. Durch diese spezielle Glasstruktur könnte der Ionentransport signifikant verbessert werden, was eine effizientere Nutzung von Festkörperbatterien ermöglichen würde.

Simulationen bestätigen das Potenzial

Das Team testete seine Hypothesen mittels Computersimulationen und künstlicher Intelligenz. Die entwickelten Modelle lieferten detaillierte Einblicke in das Verhalten der Atome und Ionen in einer Batterie. Dies ist ein bedeutender Fortschritt, da sich atomare Reaktionen schwer direkt beobachten lassen.

Auch externe Experten, wie der Batterieforscher Mohamad Khoshkalam von der Technischen Universität Dänemarks (DTU), sehen großes Potenzial in diesem Ansatz. Besonders beeindruckt zeigte er sich von der wissenschaftlichen Methodik der Forscher, die einen wichtigen Beitrag zur Weiterentwicklung von Festkörperbatterien leisten könnte.

Noch Jahre bis zur Marktreife

Obwohl die Ergebnisse vielversprechend sind, handelt es sich noch um Grundlagenforschung. Bis zur Serienproduktion von Festkörperbatterien mit Glas-Elektrolyten wird es noch dauern, da Lithium-Ionen-Batterien mit ihren flüssigen Elektrolyten bisher konkurrenzlos effizient sind.

In weiteren Forschungsprojekten plant Mattrup Smedskjær, alternative Materialien wie Sauerstoff anstelle von Lithium zu untersuchen. Auch hier könnte die richtige Balance zwischen Unordnung und Ordnung eine Lösung für bisherige Probleme bieten.

Die Studie öffnet eine Tür für zukünftige Innovationen in der Batterietechnologie und könnte langfristig eine Schlüsselrolle bei der Umstellung auf nachhaltige Energie spielen.

Sie wollen diesen Beitrag teilen?