Ein Forschungsteam des Max-Planck-Instituts für Polymerforschung sowie mehrerer japanischer Universitäten hat Raumladungseffekte in Feststoffbatterien genauer untersucht. Diese Effekte entstehen an inneren Grenzflächen der Batterie und erhöhen sowohl beim Laden als auch beim Entladen den Widerstand. Mithilfe mikroskopischer Verfahren gelang es den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern erstmals, die räumliche Ausdehnung dieser Raumladungszonen und deren Beitrag zum Gesamtwiderstand präzise zu bestimmen.
„Eine Batterie lässt sich als Pumpe begreifen“, sagt Rüdiger Berger, Gruppenleiter am MPI-P. „Im Inneren bewegen sich Ionen, deren Fluss außen durch Elektronen ausgeglichen wird.“ Treffen wandernde Ionen im Inneren der Batterie auf Grenzflächen, kann sich dort eine Raumladungsschicht bilden, die nachrückende Ionen abstößt. Diese Schicht erhöht den Widerstand und führt zu messbaren Energieverlusten – beim Laden wie beim Entladen. In den untersuchten Systemen machte dieser Effekt rund sieben Prozent des Gesamtwiderstands aus, kann aber je nach Elektrolytmaterial deutlich stärker ins Gewicht fallen.
Die Forschenden wollen nun klären, wie sich Materialien oder Elektrodenstrukturen so anpassen lassen, dass die Raumladungseffekte reduziert werden. Langfristiges Ziel ist es, den Widerstand weiter zu verringern und die Leistungsfähigkeit von Feststoffbatterien zu verbessern. (oe)
