Testzelle für Feststoffbatterien

Lithium-Ionen-Batterien mit Flüssigelektrolyt wurden bislang vor allem in Kleinelektronikgeräten eingesetzt, stoßen in der Elektromobilität aber an ihre Leistungsgrenzen. Eine vielversprechende Alternative sind Feststoffbatterien: Durch Verzicht auf flüssigen Elektrolyten ist die Gefahr von Leckagen und Brennbarkeit minimiert. Um die ideale Materialkombination für Anode, Kathode und Elektrolyt zu finden, muss das Speichermedium erforscht werden.

Stand der Technik

Für die nötigen Versuchsreihen werden diverse Materialkombinationen in Form von Pellets in einem Zellgehäuse kontrollierten Lade- und Entladezyklen unterzogen. Solch ein Pellet muss im Gehäuse unter Druck eingeschlossen sein, um ohne bindende Flüssigkeit dennoch den Kontakt zwischen Feststoffelektrolyt und Elektroden sicher herzustellen. Bislang existieren nur Testzellgehäuse, die nicht gleichzeitig Luftabschluss, definierten Anpressdruck und zerstörungsfreies Entnehmen realisieren können oder nur durch einen komplexen Aufbau herstellen. Der Druck wird dabei häufig durch einen Rahmen ausgeübt, der die gesamte Konstruktion unhandlich und schwer macht. Dadurch sind sie für Arbeiten im Klimaschrank oder unter Schutzatmosphäre ungeeignet.

Technologie

Wissenschaftler vom Institut für Angewandte Materialien (IAM) des KIT haben nun ein kompaktes Zellgehäuse für elektrochemische Untersuchungen an Feststoffpellets entwickelt. Die zylindrische Testzelle aus Edelstahl und temperaturbeständigen PEEK-Komponenten erlaubt die separate Einstellung von Druck und Dichtheit. Dabei wird das Pellet in den Zylinder eingelegt und von oben mit einem Deckel, der über einen integrierten Kolben verfügt, verschlossen. Eine Zylinderschraube wird über einen Drehmomentschlüssel angezogen; der Kolben übt dadurch einen definierten Druck auf das Pellet aus. Das Anziehen vier weiterer Schrauben sorgt für Abdichtung mittels Dichtring. An das luftdichte Zellgehäuse kann schließlich Strom angelegt werden.

Vorteile

Durch die feinjustierbare Druckaufbringung sind Tests unter identischen Bedingungen durchführbar und reproduzierbar. Die Ergebnisse verschiedenster Pelletzusammensetzungen sowie die Zyklierung mit unterschiedlichen C-Raten werden so vergleichbar. Das Gehäuse ermöglicht das leichte Säubern und Entnehmen der Pellets für Nachuntersuchungen.

Optionen für Unternehmen

Im Institutslabor wurde das Zellgehäuse bereits über einen längeren Zeitraum eingesetzt. Das KIT sucht Partner zur Herstellung des Zellgehäuses und zum Einsatz bei Batterietests.