Wissenschaftler haben erstmals beobachtet, wie sich mikroskopisch kleine Metallstrukturen – sogenannte Dendriten – in Lithium-Ionen-Batterien bilden und diese zum Ausfall bringen können. Die Strukturen sind entgegen früherer Annahmen nicht weich und formbar, sondern spröde und brüchig. Das internationale Team unter Beteiligung der New Jersey Institute of Technology (NJIT), der Rice University und weiterer Einrichtungen in den USA und Singapur veröffentlichte die Ergebnisse am 12. März 2026 im Fachjournal „Science“.
Dendriten wachsen vom negativen Pol (Anode) aus und können den Separator durchdringen, was zu Kurzschlüssen führt. Zudem brechen sie ab und hinterlassen isolierte Lithium-Fragmente („dead lithium“), die die Kapazität der Batterie verringern. Bisher galt Lithium als duktil, doch die Experimente zeigten, dass die Dendriten von einer dünnen Schicht fester Elektrolyt-Interphase (SEI) umhüllt sind. Diese Hülle macht sie starr und nadelförmig, sodass sie unter Belastung wie trockene Spaghetti brechen.
Die Forschenden entwickelten spezielle luftdichte Plattformen, um die empfindlichen Strukturen unter dem Elektronenmikroskop zu untersuchen. In Echtzeit-Beobachtungen während des Batteriebetriebs bestätigte sich die Sprödigkeit sowohl in flüssigen als auch in festen Elektrolytsystemen. Computersimulationen erklärten, warum sich die Dendriten anders verhalten als reines Lithium.
Die Erkenntnisse könnten zur Entwicklung sichererer Batterien beitragen. Durch den Einsatz von Lithium-Legierungen als Anodenmaterial ließen sich Dendriten möglicherweise weniger spröde und damit weniger gefährlich gestalten. Die Autoren betonen, dass die mechanischen Eigenschaften der Dendriten bislang weitgehend unbekannt waren und nun erstmals quantifiziert werden konnten.
Lithium-Dendriten gelten als eine der größten Hürden bei der Kommerzialisierung von Lithium-Metall-Batterien. Bisher gibt es keine praktikable Methode, sie aus einer funktionierenden Batterie zu entfernen. Die neue Studie liefert Grundlagen, um Wachstum und Bruchverhalten besser zu verstehen und zu beeinflussen.
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Science
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Mit freundlicher Genehmigung der Lou GroupRice University
