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07 2025 Elektronik 29 Batterien akkus Ladegeräte zent während des Vorhersagezeitraums Eine rasante Entwicklung selbst wenn man die technischen Herausforderungen berücksichtigt die einer breiten Akzeptanz im Wege stehen könnten Großes Interesse an Festkörperbatterien Natürlich beruht die Begeisterung für Festkörperbatterien zum Teil auf den Nachteilen bestehender wiederaufladbarer Batterien die in zahlreichen Applikationen wie Mobiltelefonen Laptops und Elektrofahrzeugen zum Einsatz kommen Technologien wie Lithium-Ionen haben in den letzten Jahren rasante Fortschritte gemacht haben aber immer noch ihre Grenzen Gewicht und Kapazität waren zwei der größten Nachteile Bei Elektro autos führen diese Einschränkungen zu Reichweitenangst bei mobilen Geräten zu einem klobigeren Design und umständlichem Aufladen Neben Gewicht und Kapazität ist auch die Sicherheit ein Problem Die Elektrolytflüssigkeit die die Lithium-Ionen enthält ist hochgradig flüchtig und brennbar was zu einer möglichen Brandoder Explosionsgefahr führt insbesondere bei hohen Temperaturen Es sind Alternativen zu herkömmlichen Zellen mit flüssigem Elektrolyt erforderlich die eine höhere Energiedichte und bessere Sicherheit bieten Hier kommen Festkörperbatterien ins Spiel Die grundlegenden Unterschiede in der zugrundeliegenden Chemie bringen in mehreren Schlüsselbereichen erhebliche Vorteile mit sich solange wichtige technische Herausforderungen bewältigt werden können Chemie von Festkörperbatterien In einer typischen Lithium-Ionen-Zelle gibt es zwei feste Elektroden – die Kathode und die Anode – einen zentralen Separator der als mechanische Barriere dient und den flüssigen Lithium-Ionen-Elektrolyten In einer Festkörperbatterie hingegen dient ein festes Substrat aus Keramik oder Polymer sowohl als Separator als auch als Elektrolyt und trennt so effektiv die Kathode und die Anode die typischerweise aus reinem Lithium bestehen Bild 1 Bei Festkörperbatterien können verschiedene Arten von Festelektrolyten mit jeweils spezifischen Eigenschaften verwendet werden Elektrolyte aus Keramik bieten beispielsweise eine hohe Leitfähigkeit für Ionen und thermische Stabilität während Sulfidelektrolyte Flexibilität und eine bessere Ionenbewegung ermöglichen Durch die Verwendung nicht brennbarer Festelektrolyte anstelle der brennbaren flüssigen Elektrolyte in Lithium-Ionen-Batterien können Risiken wie thermisches Durchgehen und Kriechverluste vermieden werden Durch die veränderte Bauweise in Verbindung mit dem Einbau einer reinen Lithiumanode ergeben sich deutlich höhere Energiedichten Dadurch liegt das Potenzial von Festkörperzellen bei bis zu 11 kWh kg wobei kurzfristig etwa 1 kWh kg erreicht werden können Dieser Wert übertrifft die Fähigkeiten heutiger Zellen und kann zu einer Gewichtsreduktion von bis zu 30 Prozent bei gleicher Kapazität führen Mögliche Anwendungsbereiche von Festkörperbatterien Für Entwickler kann ein solcher technischer Fortschritt einen großen Unterschied bedeuten Bei Fahrzeugapplikationen kann durch eine Erhöhung der Dichte einer Batterie die Größe der Batterie insgesamt reduziert werden wodurch die Nutzlast des Fahrzeugs erhöht oder die Reichweite vergrößert werden kann Für gewerbliche Nutzer und private Autobesitzer ergeben sich dadurch möglicherweise ausreichende Kostenoder Leistungsvorteile um den Umstieg von Autos mit Verbrennungsmotor auf Elektrofahrzeuge zu rechtfertigen Festkörperbatterien könnten auch als Energiequelle für Elektronikgeräte wie Smartphones Laptops und Wearables eingesetzt werden In jedem Fall sind Faktoren wie erhöhte Sicherheit höhere Energiedichte längere Lebensdauer und verbesserte Flexibilität beim Design überzeugende Gründe für einen Wechsel Andere Applikationen rücken ebenfalls in den Vordergrund Durch die zunehmende Digitalisierung öffentlicher Bereiche kommt es immer häufiger zur Einführung batteriebetriebener IoTbasierter Knotenpunkte in städtischen Gebieten und Industrien Diese Netzwerke werden für zahlreiche Aktivitäten eingesetzt wie etwa für die Verfolgung von Assets vorausschauende Wartung Energiemanagement und die Überwachung von Smart Cities Hier Ein Vergleich zwischen Li-Ionenund Festkörper batterien Bild AllahFoto stock adobe com