Batterieentwicklung Empa-Spin-off will Dünnschicht-Festkörperbatterie auf den Markt bringen

Wissenschaftler der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) haben eine Feststoffbatterie auf Lithiummetallbasis entwickelt. Sie ist nicht nur sicherer und langlebiger als herkömmliche Lithium-Ionen-Akkus, sondern auch umweltfreundlicher in der Herstellung und lässt sich in nur einer Minute auf- und entladen.

Lithium-Ionen-Batterien büßen mit jedem Lade- und Entladezyklus an Kapazität ein, laden sich verhältnismäßig langsam auf und funktionieren nur in einem engen Temperaturbereich richtig gut. Wissenschaftler der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) haben Batterietechnologie jetzt neu gedacht: Ihre entwickelte Feststoffbatterie auf Lithiummetallbasis kann innerhalb von einer Minute auf- und wieder entladen werden, hält rund zehnmal so lang wie ein Lithium-Ionen-Akku und ist unempfindlich gegenüber Temperaturschwankungen. Und sie ist nicht brennbar.

Aufeinander gestapelte Dünnschichtzellen

Die neuartige Batterie ist eine sogenannte Dünnschichtfestkörperbatterie. Die Technologie an sich ist nicht neu: Solche Batterien sind bereits seit den 1980er-Jahren bekannt. Aufgrund der sehr geringen Masse ihrer Dünnschichtkomponenten – die ganze Zelle ist nur wenige Mikrometer dick – konnten sie bisher aber nur sehr wenig Energie speichern. Den Empa-Forschern ist es gelungen, die Dünnschichtzellen aufeinander zu stapeln und somit ihre Kapazität zu erhöhen. Damit wird die Batterie interessant für kommerzielle Anwendungen. Ihre Technologie wollen die Forscher nun mit dem Spin-off namens „BTRY“ auf den Markt bringen.

Herstellungsmethode wie bei Halbleiterchips

Wie die Empa mitteilt, erfolgt die Herstellung der Dünnschichtzellen mittels Vakuumbeschichtung: Die gewünschten Materialien werden in einer Vakuumkammer zu einzelnen Atomen zerstäubt, die sich dann in einer präzise kontrollierten Schicht auf dem Zielsubstrat absetzen. Da solche Herstellungsmethoden heute im großen Stil bei der Herstellung von Halbleiterchips und Glasbeschichtungen angewendet werden, sind die Maschinen und das Know-how für die Herstellung der Batterie weitgehend vorhanden. Im Gegensatz zur traditionellen Batterieherstellung fallen bei Produktion keine toxischen Lösungsmittel an, heißt es. Dafür sei die Dünnschichtbatterie teurer. Ihre Anwendung sehen die Forscher deshalb vor allem in Produkten, bei denen der Preis der Batterie nur einen geringen Anteil an den Gesamtkosten des Geräts hat – etwa bei Smartphones und Smartwatches oder bei Satelliten.

Zurzeit bestehen die Batterien erst aus zwei Schichten von nur etwa 1 × 3 Millimetern. In den nächsten zwei Jahren wollen die Forschenden sowohl die Fläche als auch die Anzahl Schichten steigern und potenziellen Geldgebern zeigen, dass sich eine Investition lohnt.

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