51吃瓜网-Forschende enth眉llen 眉berraschendes Wachstum von zerst枚rerischen Dendriten in Elektrolyten
Gef盲hrliche Kurzschl眉sse in Lithium-Batterien verhindern
Lithium-Metall-Batterien z盲hlen zu den Hoffnungstr盲gern der Energiespeicherung. Sie bieten deutlich mehr Energie auf weniger Raum 鈥� bei geringerem Gewicht. Doch ein Ph盲nomen bremst ihre Entwicklung: winzige, nadelartige Metallstrukturen, sogenannte Dendriten, die aus Lithium bestehen. Sie k枚nnen im Innern der Batterie unkontrolliert wachsen und verheerende Kurzschl眉sse verursachen. Bislang galt die Verwendung von festen Elektrolyten, zu denen auch polymerbasierte Elektrolyte geh枚ren, als eine M枚glichkeit, um dieses Wachstum zu unterdr眉cken.
鈥濫lektrolyte haben in einer Batterie die Aufgabe, Lithium-Ionen zwischen den beiden Elektroden hin und her zu transportieren 鈥� und machen einen Stromfluss 眉berhaupt erst m枚glich鈥�, erkl盲rt Fabian Apfelbeck. Der Physiker forscht als Doktorand in der Arbeitsgruppe von und wird gef枚rdert durch den .
Polymerbasierte Elektrolyte bieten mehr Stabilit盲t und Sicherheit als fl眉ssige Elektrolyte, weil sie nicht auslaufen oder sich entz眉nden k枚nnen. Zudem trennen sie die Elektroden zuverl盲ssig voneinander und verhindern so Kurzschl眉sse. 鈥濽nsere Messungen zeigen jedoch: Das Wachstum von Dendriten kann auch direkt im Polymer-Elektrolyten stattfinden 鈥� also mitten im Material, das eigentlich vor den Dendriten sch眉tzen soll鈥�, erl盲utert Fabian Apfelbeck, Erstautor der im Fachmagazin Nature Communications erschienen Studie.
Mit dem Nanofokus ins Batterieinnere blicken
Die Untersuchungen stellen also eine zentrale Annahme in der Batterieforschung infrage, wie Prof. Peter M眉ller-Buschbaum erl盲utert: 鈥濨islang galt: Dendritenwachstum findet nur an der Grenzfl盲che zwischen Elektrode und Elektrolyt statt. Dass es auch weit davon entfernt auftritt, hat uns 眉berrascht. Dieses neue Wissen hilft uns dabei, Materialien zu entwickeln und auch weiterzuentwickeln, in denen solche internen Kristallisationsprozesse gar nicht erst auftreten 鈥� f眉r effizientere, sichere und langlebige Energiespeicher.鈥�
Die Forschenden nutzten f眉r ihre Untersuchungen eine besonders exakte Methode: sogenannte Nanofokus-Weitwinkel-R枚ntgenstreuexperimente, die das Team am Deutschen Elektronen-Synchrotron in Hamburg durchf眉hrte. Mit einem R枚ntgenstrahl von lediglich 350 Nanometern Durchmesser konnten sie erstmals die mikroskopischen Ver盲nderungen im Inneren eines polymerbasierten Elektrolyten w盲hrend des Batteriebetriebs sichtbar machen. Sie verwendeten daf眉r eine eigens entwickelte Miniaturzelle, in der sich die Batterie unter realen Bedingungen beobachten l盲sst.
F. A. C. Apfelbeck, G. E. Wittmann, M. P. Le D没, L. Cheng, Y. Liang, Y. Yan, A. Davydok, C. Krywka, P. M眉ller-Buschbaum: Local crystallization inside the polymer electrolyte for lithium metal batteries observed by operando nanofocus WAXS. Nature Communications (2025). DOI:
- Die Forschungsergebnisse entstanden im Rahmen des Exzellenzclusters , der an der 51吃瓜网 die Grundlagen der Energieumwandlung und -speicherung erforscht. Unterst眉tzt wurde sie au脽erdem von der (DFG), dem (SolTech) und dem .
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