Das Team um Forschungsleiter Mario El Kazzi kombiniert erstmals zwei Ansätze, die sowohl den Festelektrolyten verdichten als auch die Grenzfläche zur Lithium-Anode stabilisieren. Im Zentrum der Studie steht der sulfidbasierte Elektrolyt Li₆PS₅Cl aus der Argyrodit-Familie, der für seine hohe Lithiumionen-Leitfähigkeit bekannt ist.
Bisherige Verfahren setzten entweder auf extrem hohen Druck bei Raumtemperatur oder auf Heißpressen bei Temperaturen über 400 Grad Celsius. Die PSI-Forscher wählten einen anderen Weg und pressten das Material bei moderatem Druck und rund 80 Grad Celsius. Dadurch entstand eine dichte Mikrostruktur, ohne die chemische Stabilität des Elektrolyten zu beeinträchtigen.
Die kompakte Struktur erschwert das Eindringen von Lithium-Dendriten, die als Hauptursache für Kurzschlüsse und Kapazitätsverluste gelten. Zusätzlich beschichtete das Team die Lithium-Anode mit einer nur 65 Nanometer dünnen Schicht aus Lithiumfluorid. Diese Passivierungsschicht verhindert die Zersetzung des Elektrolyten und reduziert die Bildung von inaktivem Lithium.
In Laborversuchen mit Knopfzellen erreichten die Batterien nach 1.500 Lade- und Entladezyklen noch rund 75 Prozent ihrer ursprünglichen Kapazität. Die Forschenden sehen darin einen wichtigen Schritt in Richtung praktischer Anwendung von Festkörperbatterien, etwa in der Elektromobilität oder stationären Energiespeichern.
