Hundertfach bessere Leitfähigkeit

Messungen an der ultradünnen Materialschicht ergaben eine deutlich höhere Leitfähigkeit im Vergleich zu bisher bekannten Materialien. Schon heute sind Festkörper-Mikrobatterien auf Basis von Lithium-Phosphor-Oxynitrid (LiPON) erhältlich, ein amorphes, Glas-artiges Material. Die Leitfähigkeit des an der Empa entwickelten LLZO-Dünnfilms übertrifft die Leitfähigkeit von LiPON-Filmen um mehr als das Hundertfache.

Bei ihrer Arbeit behielten die Empa-Forscher immer auch die einfache, grosstechnische Herstellung des LLZO-Mikrofilms im Auge. Die Dünnfilme können bei Temperaturen von 600 bis 700 Grad Celsius hergestellt werden, im Vergleich zu bisher bekannten LLZO-Pellets, die mehr als 1100 Grad Celsius benötigen. Das macht den Prozess schneller, günstiger und zuverlässiger.

In einem nächsten Schritt konnten die Forscher das Material bereits in einer Laborversion einer Dünnfilm-Batterie testen. Und tatsächlich zeigte der neue LLZO-Dünnfilm auch in dieser Test-Batterie eine wesentlich höhere Leitfähigkeit als die bisher bekannten LiPON-Batterien.

LLZO-Festkörperbatterien sind vor allem für kleinere Geräte mit hohem Leistungsbedarf interessant, beispielsweise in der Unterhaltungselektronik oder IoT-Geräten. Die Dünnfilm-Bauweise bei Festkörperbatterien verspricht kürzere Ladezeiten und eine längere Lebensdauer als bei heutigen, flüssigkeitsgefüllten Lithium-Ionen-Akkus.