Seoul (LabNews Media LLC) – Durch den gezielten Einbau von Sauerstoff in einen Sulfid-basierten Festelektrolyten haben südkoreanische Forscher die Leistung von Festkörperbatterien deutlich verbessert. Die neue Elektrolytzusammensetzung ermöglicht höhere Energiedichten, schnellere Ladezeiten und eine deutlich längere Lebensdauer.
Das Team nutzte Lithiumsulfat (Li?SO?), um Sauerstoff in das Material Lithium-Phosphor-Schwefel-Chlorid (LiPSCl) einzubauen. Der Sauerstoff ersetzte selektiv Schwefel an bestimmten Positionen innerhalb der PS?-Einheiten. Dadurch wurde die Verteilung der Lithium-Ionen verändert und neue Leitungswege zwischen benachbarten Käfigstrukturen geöffnet. Die Ionenleitfähigkeit blieb trotz der geringeren Polarisierbarkeit des Sauerstoffs hoch.
In Tests erreichte die modifizierte Elektrolytverbindung (LSO-LiPSCl) eine anfängliche Entladekapazität von etwa 230 mAh/g. Selbst bei extrem hohen Stromdichten von 9 A/g (entsprechend einer 50C-Rate) blieb die Batterie funktionsfähig. Nach 1000 Zyklen bei moderater Belastung (2C) betrug die Kapazitätsretention noch etwa 75 Prozent.
In einem praktischen Pouchzellen-Aufbau mit einer NCM811-Kathode, einer festen Elektrolytschicht und einer Graphit-Anode arbeitete das System stabil über mehr als 500 Zyklen bei einer Energiedichte von 400 Wh/l.
Die Forscher sehen in der Sauerstoffmodifikation einen vielversprechenden Ansatz, um zwei zentrale Herausforderungen von Festkörperbatterien gleichzeitig zu lösen: die chemische Stabilität gegenüber Hochleistungskathoden und die Aufrechterhaltung einer schnellen Lithium-Ionen-Leitung. Die Ergebnisse wurden in einer Fachzeitschrift veröffentlicht und könnten den Weg für sicherere, leistungsfähigere und langlebigere Festkörperbatterien ebnen.
Paper title Oxygen induced lithium inter cage conduction for enhanced performance in all solid state batteries
DOI
https://doi.org/10.1016/j.esci.2025.100502
