Feststoffbatterien: Grund für Kurzschlüsse der Batterietechnik gefunden

Ein fester Elektrolyt könnte Energiedichte und Lebensdauer von Akkumulatoren erhöhen. Forschungen zeigen einen Weg von der Theorie zur Praxis.

30. April 2026 um 12:15 Uhr / Mario Petzold

Ein dunkler Riss zieht sich durch den Elektrolyt. Die Falschfarben zeigen die räumliche Orientierung der Kristalle. Bild: Zhang, Y. et al.; Nature 652, 912–918 (2026)

Ein Forschungsteam des Max-Planck-Instituts für nachhaltige Materialien hat den konkreten Grund ermittelt, weshalb Feststoffbatterien in der Praxis noch nicht einsatzfähig sind. Zwar ist schon länger bekannt, dass Dendrite, feine Verzweigungen aus Lithium, im festen Elektrolyt zwischen beiden Elektroden wachsen und gefährliche Kurzschlüsse verursachen.

Wie sie entstehen und wie sich dies verhindern lässt, war bisher noch unklar. Entweder drückt sich das Lithium, das in Reinform weich und flexibel ist, in feinste Risse oder die bewegten Elektronen lassen Lithiumkeime entstehen.

Aufnahmen mit dem Rasterelektronenmikroskop und weitere Untersuchungen im Vakuum und bei sehr tiefen Temperaturen unter -150 °C zeigen, dass das Lithium sich wie Wasser verhält, dass Felsen aufsprengen kann. Die vermuteten Lithiumkeime hingegen konnten nicht nachgewiesen werden. Die Ergebnisse wurden in Nature veröffentlicht.

Kurzschlüsse effektiv vermeiden

Mit diesem Wissen soll ein Weg gefunden werden, die Entstehung der Dendrite möglichst zu vermeiden. Ist der Prozess erst einmal in Gang gesetzt, drückt das Lithium weitere Risse in den keramischen Elektrolyt und die Ausbreitung ist kaum noch zu vermeiden.

Untersucht wird, ob eine festere Keramik die Rissbildung zumindest erschwert, wodurch die Lebensdauer der Festkörperakku auf ein akzeptables Niveau gehoben werden könnte. Auch zusätzliche Schutzbeschichtungen auf der Elektrode könnten den gleichen Effekt haben, was nun geprüft werden soll.

Ein anderer Ansatz wäre zudem, absichtlich Kanäle in den Elektrolyt einzubringen. Ihnen könnten die Dendrite aus Lithium folgen, ohne jedoch an den Pluspol zu gelangen und somit einen Kurzschluss zu verursachen.

Noch handelt es sich um Grundlagenforschung, aber mit der Untersuchung der Entstehung der Dendrite steht zumindest fest, wo angesetzt werden muss, um Festkörperbatterien für den praktischen Einsatz weiterzuentwickeln. Schließlich steht weiterhin das Versprechen im Raum, dass die Batterietechnik leistungsstärker, langlebiger und noch dazu sicherer sein soll als aktuelle Lithium-Ionen-Akkus.