Das Empa-Spin-off BTRY arbeitet an Dünnschicht-Batterien

Zwei junge Forscher des Schweizer Forschungsinstituts Empa wollen eine Dünnschicht-Batterie weiterentwickeln. Zu diesem Zweck haben Abdessalem Aribia und Moritz Futscher aus dem Empa-Labor „Thin Films and Photovoltaics“ das Spin-off BTRY gegründet. Empa ist ein an der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (ETH Zürich) angesiedeltes interdisziplinäres Forschungszentrum.

Die Dünnschicht-Batterie soll Schwierigkeiten bisheriger Batterie-Technologien überwinden.

Lithium-Ionen-Akkus sind derzeit die am weitesten ausgereifte und verbreitete Akku-Technologie. Doch mit jedem Ladezyklus büßen sie an Kapazität ein. Zudem würden sie sich nur relativ langsam laden lassen und in einem engen Temperaturbereich gut funktionieren.

BTRY arbeitet an einer Feststoffbatterie auf Lithiummetallbasis. Diese soll sich innerhalb von einer Minute auf- und wieder entladen lassen, rund zehnmal so lang halten wie ein Lithium-Ionen-Akku und unempfindlich gegenüber Temperaturschwankungen sein.

Außerdem sei sie im Gegensatz zu Lithium-Ionen-Akkus nicht brennbar sein. Bei heutigen Akkus können falsche Handhabung oder Beschädigung zu Bränden führen, die giftige Gase freisetzen und äußerst schwer zu löschen sind. „Wenn man dagegen unsere Batterie mit einer Schere durchschneidet, hat man einfach zwei halb so gute Batterien“, sagt Aribia.

Dünnschicht-Stapel sollen Kapazität der Feststoff-Batterie steigern

Die Technologie an sich ist 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. Futscher und Aribia ist es gelungen, die Dünnschichtzellen aufeinander zu stapeln und somit ihre Kapazität zu erhöhen.

Damit wird die Batterie interessant für kommerzielle Anwendungen. Die Herstellung der Dünnschichtzellen erfolgt 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. „Solche Herstellungsmethoden werden heute im großen Stil bei der Herstellung von Halbleiterchips und Glasbeschichtungen angewendet“, sagt Futscher. „Das ist ein Vorteil für uns, denn die Maschinen und das Know-how für die Herstellung unserer Batterie sind weitgehend vorhanden.“

Die hochpräzise Herstellungsmethode hat einen weiteren Vorteil. „Im Gegensatz zur traditionellen Kochtopf-Methode der Batterieherstellung fallen bei unserer Produktion keine toxischen Lösungsmittel an“, erläutert Aribia. Allerdings werde die Dünnschichtbatterie dadurch auch 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.

Für die Solarenergie und Elektro-Mobilität wird diese neue Akku-Technologie also erstmal nicht den Durchbruch bringen. Neue Batterie-Technologien sind Gegenstand vieler Forschungsprojekte. Die TU Wien forscht zum Beispiel an einer keramischen Sauerstoff-Ionen-Batterie.

29.8.2023 | Quelle: Empa | solarserver.de © Solarthemen Media GmbH