Werden Festkörperbatterien durch Kälte beeinträchtigt?

wie Kälte Festkörperbatterien beeinflusstund was dagegen unternommen wird:

Warum Kälte eine Herausforderung ist

1. Geringere Ionenleitfähigkeit

   • Festelektrolyte (Keramiken, Sulfide, Polymere) basieren auf dem Hüpfen von Lithiumionen durch starre Kristall- oder Polymerstrukturen.

   • Bei niedrigen Temperaturen verlangsamt sich dieses Hüpfen, so dassDer Innenwiderstand steigtund die Stromversorgung sinkt.

2. Schnittstellenprobleme

   • Bei einer Festkörperbatterie ist der Kontakt zwischen dem festen Elektrolyten und den Elektroden von entscheidender Bedeutung.

   • Kalte Temperaturen können Materialien unterschiedlich stark schrumpfen lassen, wodurchMikrospaltean Grenzflächen → was den Ionenfluss verschlechtert.

3. Ladeschwierigkeiten

   • Genau wie bei flüssigen Lithium-Ionen-Akkus birgt das Laden bei sehr niedrigen Temperaturen Risiken.Lithiumplattierung(metallisches Lithium bildet sich an der Anode).

   • Im Festkörperzustand kann dies noch schädlicher sein, da Dendriten (nadelartige Lithiumablagerungen) den festen Elektrolyten beschädigen können.

Im Vergleich zu herkömmlichen Lithium-Ionen-Akkus

• Flüssigelektrolyt Lithium-Ionen: Kälte macht die Flüssigkeit dickflüssiger (weniger leitfähig), wodurch Reichweite und Ladegeschwindigkeit reduziert werden.

• Festkörper-Lithium-IonenSicherer bei Kälte (kein Einfrieren/Auslaufen der Flüssigkeit), aberverliert immer noch Leitfähigkeitweil Feststoffe Ionen bei niedrigen Temperaturen nicht gut transportieren.

Aktuelle Lösungen in der Forschung

1. Sulfid-Elektrolyte

   • Einige sulfidbasierte Festelektrolyte behalten auch unter 0 °C eine relativ hohe Leitfähigkeit.

   • Vielversprechend für Elektrofahrzeuge in kalten Regionen.

2. Polymer-Keramik-Hybride

   • Die Kombination von flexiblen Polymeren mit Keramikpartikeln verbessert den Ionenfluss bei niedrigen Temperaturen und gewährleistet gleichzeitig die Sicherheit.

3. Schnittstellenentwicklung

   • Es werden Beschichtungen oder Pufferschichten entwickelt, um den Kontakt zwischen Elektrode und Elektrolyt während Temperaturschwankungen stabil zu halten.

4. Vorheizsysteme in Elektrofahrzeugen

   • So wie heutige Elektrofahrzeuge ihre Flüssigbatterien vor dem Laden aufwärmen, könnten zukünftige Festkörper-Elektrofahrzeuge dies nutzen.Wärmemanagementum die Zellen in ihrem idealen Temperaturbereich (15–35 °C) zu halten.

Zusammenfassung:
Festkörperbatterien werden tatsächlich durch Kälte beeinträchtigt, hauptsächlich aufgrund der geringeren Ionenleitfähigkeit und des höheren Grenzflächenwiderstands. Unter diesen Bedingungen sind sie jedoch immer noch sicherer als flüssige Lithium-Ionen-Akkus.Die Leistungsfähigkeit (Reichweite, Laderate, Ausgangsleistung) kann unter 0 °C deutlich sinken.Forscher arbeiten aktiv an Elektrolyten und Designs, die auch bei Kälte leitfähig bleiben, mit dem Ziel, einen zuverlässigen Einsatz in Elektrofahrzeugen auch in winterlichen Klimazonen zu ermöglichen.