Hyundai-Patent: Wie Kupfer doch in Sulfid-Feststoffakkus wirken kann

Laut einem Bericht von CarBuzz ist es Hyundai gelungen, eine Methode zu entwickeln, mit der Kupferfolie in der raue Umgebung eines festen, sulfidbasierten Elektrolyten Bestand haben kann. Das Verfahren haben sich die Südkoreaner patentieren lassen. Im Kern geht es in dem Patent darum, die Volumenausdehnung der Anode während des Ladens und Entladens zu unterdrücken. Dazu integrieren die Entwickler zwischen den Anoden-Stromkollektor und dem festen Elektrolyt eine Pufferschicht. Diese
Konfiguration soll „eine Verschlechterung der Zelleigenschaften
durch Volumenänderungen während des Ladens und Entladens verhindern und
dadurch die Effizienz, Haltbarkeit und Widerstandsfähigkeit der Festkörperbatterie verbessern“. Ein Nebeneffekt ist, dass neben anderen Metallen auch Kupfer als Stromkollektor – und damit als Trägerfolie für das Aktivmaterial – in Frage kommt.

Zum Hintergrund: Lithium-Ionen-Batterien mit flüssigem Elektrolyt integrieren bereits oftmals Kupfer: Die Elektroden einer solchen Batterie werden hergestellt, indem die Aktivmaterialien (an der Kathode zum Beispiel eine Mischung aus Lithium, Nickel, Mangan, Kobalt und Bindemitteln im Falle einer NMC-Zelle) dünn auf eine Metallfolie aufgebracht werden. Diese Metallfolie – bei einer Kathode oft aus Aluminium, an der Anode meist aus Kupfer – dient als Trägerfolie, die elektrochemische Reaktion zur Energiespeicherung findet an der Oberfläche der Beschichtung mit den Aktivmaterialien statt. Die Begriffe Stromkollektor und Trägerfolie sind dabei Synonyme.

Sulfidbasierte Festkörperbatterien konnten dagegen bisher keine Kupfer-Stromkollektoren verwenden, da es zwischen dem Sulfid-Elektrolyt und dem Kupfer zu unerwünschten chemischen Reaktionen kommt. Laut CarBuzz könnte die von Hyundai nun neu patentierte Konfiguration der Schichten u.a. dazu beitragen, Feststoffbatterien günstiger und einfacher herzustellen.

Laut koreanischen Medienberichten von Anfang des Jahres steht die Hyundai Motor Group kurz vor der Fertigstellung einer Pilotproduktionslinie für Feststoffbatterien in einem der Forschungszentren des Unternehmens. Das Ziel der eigenen Pilotproduktion soll es sein, noch 2025 erste Fahrzeuge mit den selbst hergestellten Feststoffbatterien auszustatten und zu testen. Bis 2030 wird dann die Massenproduktion angestrebt. 

Hyundai verfolgt bei den Feststoffbatterien mehrere Ansätze parallel, etwa über Partnerschaften mit speziellen Batterieentwicklern wie SES AI und Factorial Energy, aber auch über eine Forschungskooperation mit der Seoul National University (SNU), in deren Rahmen auch an Festkörperbatterien gearbeitet wird.

carbuzz.com, ppubs.uspto.gov (Patent)