Ein Durchbruch am National High Magnetic Field Laboratory der Florida State University enthüllt den Mechanismus der Dendritenbildung in Festkörperbatterien, einer Hauptursache für Kurzschlüsse und Ausfälle. Die in *Nature Materials* veröffentlichte Forschung unter der Leitung von Professor Yan-Yan Hu bietet beispiellose Einblicke in dieses Phänomen.
Mithilfe einer speziell angefertigten Sonde und des Magnetresonanztomographie-Systems (MRT) des MagLab visualisierten die Forscher das Dendritenwachstum während der Lade- und Entladezyklen der Batterie. Festkörperbatterien, die feste Elektrolyte anstelle von Flüssigkeiten verwenden, versprechen eine höhere Energiedichte und verbesserte Sicherheit im Vergleich zu herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien. Die Dendritenbildung, bei der metallische Lithiumnadeln wachsen und die Batterie kurzschließen, hat jedoch ihre Entwicklung behindert.
Das Team entdeckte, dass Dendriten sowohl an der Elektroden-Elektrolyt-Grenzfläche als auch innerhalb des Festkörperelektrolyten selbst entstehen. Diese Nadeln verzweigen und verbinden sich dann, was zu einem Batterieausfall führt. "Wir haben jetzt ein umfassendes Verständnis davon, wie sich diese Dendriten bilden, wachsen und entwickeln können", sagte der Doktorand Yudan Chen, einer der Hauptautoren.
Professor Sam Grant, Direktor des MRT-Programms des MagLab, betonte die Rolle von Hochfeldmagneten bei der Analyse von Lithium, die eine Bildgebung ermöglicht, die bei niedrigeren Feldern nicht zugänglich ist. Die Ergebnisse bieten einen Weg zur Entwicklung zuverlässigerer Festkörperbatterien für Elektrofahrzeuge, medizinische Geräte und erneuerbare Energiesysteme. Zukünftige Forschung wird sich auf die Verhinderung der Dendritenbildung durch Materialmodifikationen und Interface-Re-Engineering konzentrieren, wobei Magnetresonanztechniken als Bewertungswerkzeug dienen.