Ein Team am Max-Planck-Institut für Nachhaltige Materialien beschreibt einen Mechanismus, der Kurzschlüsse in Festkörper-Batterien erklären soll. Im Zentrum steht die Frage, wie mikroskopisch kleine Lithium-Auswüchse, sogenannte Dendriten, beim Laden Risse verursachen und so einen Kurzschluss im Inneren der Batterie auslösen. Festkörper-Batterien gelten als vielversprechende Technologie für Smartphones, Elektrofahrzeuge und tragbare Geräte. Sie arbeiten mit festen Elektrolyten statt mit flüssigen und könnten Batterien ermöglichen, die länger leben, sicherer sind und mehr Energie speichern können. Für Elektroautos werden zudem höhere Reichweiten erwartet.

Das Forscher-Team untersuchte zwei Erklärungsansätze für dieses Verhalten. „Obwohl die Elektroden und die sich bildenden Dendriten aus Lithiummetall bestehen, das weich wie Gummibärchen ist, sind die Dendriten in der Lage, den harten, keramischen Elektrolyten zu durchdringen“, so Yuwei Zhang. „Es gibt zwei Hypothesen, die versuchen dieses Phänomen zu erklären: Entweder es baut sich eine innere Spannung in den Dendriten auf, die Risse im festen Elektrolyten verursacht. Oder Elektronen bewegen sich entlang der Korngrenzen im Elektrolyten und fördern dort die Bildung von Lithiumkeimen, die sich später miteinander verbinden.“

Für die Prüfung nutzten die Forscher ein experimentelles Setup unter Vakuum und bei kryogenen Temperaturen. So sollten Einflüsse von Sauerstoff, Wasser oder dem Elektronenstrahl der Mikroskope ausgeschlossen werden. Die Analyse ergab, dass sich vor den Dendritenspitzen kein zusätzliches Lithium ansammelt.

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