Kürzlich wurde in der weltweit stark beachteten Forschung zu Festkörperbatterien ein bedeutender Fortschritt erzielt: Ein Team des Lanzhou Institute of Chemical Physics der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (kurz „CAS Lanzhou Institute“) hat erfolgreich ein siliziumbasiertes Verbund-Festkörperelektrolyt mit hoher Ionenleitfähigkeit bei Raumtemperatur entwickelt. Durch den innovativen Einsatz von Silikonmaterialien wurde der Kommerzialisierung von Festkörperbatterien der „Beschleunigungsknopf“ gedrückt.

Als zentrale Richtung der nächsten Generation von Energiespeichertechnologien bieten Festkörperbatterien gegenüber herkömmlichen Lithiumbatterien deutliche Vorteile: Die Energiedichte steigt um mehr als 30 %, wodurch Reichweiten von über 1000 Kilometern für Elektrofahrzeuge möglich werden; gleichzeitig werden die sicherheitsrelevanten Risiken wie Brandgefahr bei hohen Temperaturen grundlegend gelöst. Selbst bei extremen Minusgraden von -40 °C bleibt eine stabile Entladeleistung erhalten, weshalb diese Technologie als Schlüsselinnovation für den Wandel der New-Energy-Industrie gilt.

Der Durchbruch des CAS Lanzhou Institute konzentriert sich auf die Kernprobleme der Festkörperbatterieentwicklung – Grenzflächenwiderstand und Ionentransport-Effizienz. Das Team setzte innovativ eine „Silikon-Nanodraht-verzweigte Montmorillonit-Nanoschicht“-Technologie ein und konstruierte nanoskalige Füllstoffe mit neuronähnlicher Struktur. Eingebracht in ein PEO-basiertes Verbund-Festkörperelektrolyt ermöglichen diese Füllstoffe den Aufbau durchgehender, langreichweitiger Ionenkanäle, wodurch die Lithiumionen-Leitfähigkeit verdoppelt wird. Die Leitfähigkeit bei Raumtemperatur durchbrach 10⁻⁴ S/cm, und selbst nach 1000 Lade- und Entladezyklen blieb die Kapazität zu 92 % erhalten.

Bemerkenswert ist, dass diese Errungenschaft nicht nur die Leistung von Festkörperbatterien erheblich optimiert, sondern auch Silikonmaterialien zu einem branchenübergreifenden Durchbruch verhilft. Während Silikon bisher vor allem in den Bereichen Abdichtung und Isolierung eingesetzt wurde, eröffnet seine innovative Anwendung in Festkörperelektrolyten nun ein neues, hochattraktives Einsatzfeld im Bereich der Energiematerialien. Branchenexperten betonen, dass diese Technologie die Industrialisierungskosten von Festkörperbatterien senken und deren großskalige Anwendung in Elektrofahrzeugen und Energiespeichersystemen vorantreiben könnte – ein „chinesischer Lösungsansatz“ für die globale Energiewende.