Südkoreanische Forscher verdoppeln Batterie-Energiedichte
Die Forschungsergebnisse des Teams aus Experten von POSTECH, KAIST und der Gyeongsang National University wurden schon im Dezember 2025 in der Fachzeitschrift „Advanced Materials“ veröffentlicht. Bei der Bezeichnung „anodenfrei“ handelt es sich natürlich nicht um eine technisch korrekte Aussage, die Batterie hat weiterhin einen Plus- und einen Minus-Pol. Da bei solchen „anodenfreien“ Batteriezellen die klassischen Anlagen zu Anodenherstellung und zur Verarbeitung des dort eingesetzten Graphits oder Siliziums entfallen, hat sich dieser Begriff in der Batteriebranche jedoch etabliert. Die verbliebene Anode, die sich beim Laden bildet, besteht aus Metall.
Das heißt: Die Lithium-Ionen lagern sich während des Ladevorgangs direkt auf dem Stromkollektor ab, der bei der Anode in der Regel aus Kupfer ist. „Durch den Wegfall unnötiger Bauteile steht mehr Platz für die Energiespeicherung zur Verfügung, ähnlich wie bei der Füllung eines gleich großen Tanks mit mehr Kraftstoff“, heben die koreanischen Batterieforscher die Vorteile dieses Ansatzes hervor. Auch der japanische Hersteller Panasonic will offenbar Ende 2027 solche anodenfreien Batteriezellen auf den Markt bringen.
Doch dieses Zelldesign mit der reinen Kupfer-Folie als Anode anstelle einer Grafit- und/oder Silizium-Beschichtung bringt einige Herausforderungen mit sich, die gelöst werden müssen. Bei ungleichmäßiger Lithiumablagerung können sich scharfe, nadelartige Strukturen, sogenannte Dendriten, bilden, die das Risiko von Kurzschlüssen und potenziellen Sicherheitsrisiken erhöhen – beschädigen die Dendriten die Separatorfolie, droht ein Kurzschluss. Und wiederholtes Laden und Entladen kann zudem die Lithiumoberfläche beschädigen und die Lebensdauer der Batterie rapide verkürzen.
Das südkoreanische Forscherteam hat nach eigenen Angaben einen zweigleisigen Ansatz verfolgt, um diese Probleme zu lösen. Damit sich das Lithium nicht zufällig verteilt, kommt ein „reversibles Wirtsmaterial“ zum Einsatz, das aus einem Polymergerüst mit gleichmäßig verteilten Silbernanopartikeln besteht. Das soll dazu führen, dass sich die Lithium-Ionen gezielt an bestimmten Stellen ablagern, so soll das Risiko der Dendriten-Bildung verringert werden. „Vereinfacht gesagt, fungiert es wie ein spezieller Parkplatz für Lithium und gewährleistet so eine geordnete und gleichmäßige Abscheidung“, heißt es in der Mitteilung.
Als zweite Maßnahme wurde ein spezieller Elektrolyt entwickelt, der die Stabilität zusätzlich durch die Bildung einer „dünnen, aber robusten Schutzschicht auf der Lithiumoberfläche“ verbessern soll. „Diese Schicht wirkt wie ein Pflaster auf der Haut, verhindert schädliches Dendritenwachstum und erhält gleichzeitig die Transportwege für Lithiumionen offen“, erklären die Forscher.
Dieses kombinierte System soll „herausragende Ergebnisse“ geliefert haben. „Bei hoher Flächenkapazität (4,6 mAh cm⁻²) und Stromdichte (2,3 mA cm⁻²) behielt die Batterie nach 100 Zyklen 81,9 % ihrer Anfangskapazität und erreichte einen durchschnittlichen Wirkungsgrad von 99,6 %“, teilen die Forscher mit. „Dank dieser Ergebnisse konnte das Team die rekordverdächtige volumetrische Energiedichte von 1270 Wh/L für anodenfreie Lithium-Metall-Batterien erzielen.“ Und wichtig: Diese Ergebnisse wurden nicht nur mit kleinen Laborzellen erzielt, sondern konten auch in größeren Pouch-Zellen bestätigt werden – auch mit einer NMC811-Kathode, die vergleichbar zu der Technologie heutiger Elektroautos ist.
„Diese Arbeit stellt einen bedeutenden Durchbruch dar, da sie gleichzeitig die Effizienz- und Lebensdauerprobleme von anodenfreien Lithium-Metall-Batterien angeht“, sagt Professor Soojin Park laut der Mitteilung. Professor Tae Kyung Lee ergänzt: „Unsere Studie zeigt, dass die Entwicklung von Elektrolyten auf Basis handelsüblicher Lösungsmittel sowohl eine hohe Lithiumionenmobilität als auch eine hohe Grenzflächenstabilität ermöglicht.“
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