Solid-state batterijen bevatten geen vloeibare onderdelen die kunnen lekken of vlam kunnen vatten. Om deze reden, ze hebben geen koeling nodig, en worden als veel veiliger beschouwd, betrouwbaarder, en gaan langer mee dan traditionele lithium-ionbatterijen. Juelich-wetenschappers hebben nu een nieuw concept geïntroduceerd dat stromen tot 10 keer groter maakt tijdens het laden en ontladen dan eerder beschreven in de literatuur.

Lage stroom wordt beschouwd als een van de grootste hindernissen bij de ontwikkeling van solid-state batterijen, omdat het relatief lang duurt om de batterijen op te laden, meestal ongeveer 10 tot 12 uur in het geval van een volledig ontladen batterij. Het nieuwe celtype dat de wetenschappers van Jülich hebben ontworpen, echter, duurt minder dan een uur om op te laden.

"Met de concepten die tot nu toe zijn beschreven, slechts zeer kleine laad- en ontlaadstromen waren mogelijk vanwege problemen aan de interne solid-state interfaces. Hier komt ons concept van een gunstige materiaalcombinatie om de hoek kijken, en we hebben het al gepatenteerd, " legt Dr. Hermann Tempel uit, groepsleider bij het Juelich Instituut voor Energie- en Klimaatonderzoek (IEK-9).

In conventionele lithium-ionbatterijen, een vloeibare elektrolyt wordt gebruikt, die meestal goed contact maakt met de elektroden. Met hun getextureerde oppervlakken, de elektroden zuigen de vloeistof op als een spons, het creëren van een groot contactgebied. In principe, twee vaste stoffen kunnen niet naadloos worden samengevoegd. De contactweerstand tussen de elektroden en het elektrolyt is dienovereenkomstig hoog. "Om de grootst mogelijke stroomstroom over de laaggrenzen mogelijk te maken, we gebruikten zeer vergelijkbare materialen om alle componenten te produceren. de anode, kathode, en elektrolyt werden allemaal gemaakt van verschillende fosfaatverbindingen om laadsnelheden van meer dan 3C (bij een capaciteit van ongeveer 50 mAh/g) mogelijk te maken. Dit is tien keer hoger dan de waarden die anders in de literatuur worden gevonden, ", legt Hermann Tempel uit.

De vaste elektrolyt dient als stabiel dragermateriaal waarop door middel van zeefdruk aan beide zijden fosfaatelektroden worden aangebracht. De gebruikte materialen zijn redelijk geprijsd en relatief eenvoudig te verwerken. In tegenstelling tot conventionele lithium-ionbatterijen, de nieuwe solid-state batterij is ook grotendeels vrij van giftige of schadelijke stoffen.

"Bij de eerste tests de nieuwe batterijcel was zeer stabiel gedurende 500 laad- en ontlaadcycli en behield meer dan 84 procent van zijn oorspronkelijke capaciteit, " zei Dr. Shicheng Yu. "Er is hier nog ruimte voor verbetering. theoretisch, een capaciteitsverlies van minder dan 1 procent moet zelfs haalbaar zijn, " zei Yu, die de batterij heeft ontwikkeld en getest als onderdeel van een financieringsprogramma van de China Scholarship Council (CSC) aan het Jülich Institute for Energy and Climate Research (IEK-9).

Instituutsdirecteur prof.dr. Ruediger-A. Eichel is ook overtuigd van de voordelen van het nieuwe batterijconcept. "De energiedichtheid is al erg hoog met ongeveer 120 mAh/g, zelfs als het nog steeds iets lager is dan dat van de huidige lithium-ionbatterijen, ", zegt Eichel. Naast de ontwikkeling voor elektromobiliteit, de woordvoerder van het onderwerp "batterijopslag" in de Helmholtz Association gelooft dat solid-state batterijen in de toekomst ook op andere gebieden zullen worden gebruikt:"Solid-state batterijen worden momenteel ontwikkeld met prioriteit als energieopslag voor elektrische voertuigen van de volgende generatie. Maar we zijn ook van mening dat solid-state batterijen de overhand zullen hebben in andere toepassingsgebieden die een lange levensduur en veilige werking vereisen, zoals medische technologie of geïntegreerde componenten in de smart home-omgeving, ' zegt Eichel.