Maxell hat den Mechanismus der Kapazitätsverringerung aufgeklärt um die Lebensdauer von All-Solid-State-Batterien zu verlängern

Theoretisch wird erwartet, dass Festkörperbatterien eine lange Lebensdauer haben, und ihre Lebensdauer sich leicht vorhersagen lässt. Um eine lange Lebensdauer zu erreichen, ist es jedoch wichtig, den Mechanismus der Kapazitätsverringerung aufzuklären und die Lebensdauer der Batterie auf dieser Grundlage vorherzusagen.

Maxells detaillierte Analyse des Kapazitätsabbau-Mechanismus von All-Solid-State-Batterien hat ergeben, dass sich die Materialien selbst kaum abbauen und dass die Hauptursache für den Kapazitätsabbau das SOC (State of Charge) -Ungleichgewicht^*1zwischen den Elektroden ist. Darüber hinaus haben die Experimente mit symmetrischen Zellen^*2 die elektrodenspezifische Nebenreaktionsrate erfolgreich quantifiziert und gezeigt, dass der Nebenreaktionsstrom in Festkörperbatterien um mehr als eine Größenordnung niedriger ist als in Batterien auf Flüssigkeitsbasis. Mit anderen Worten, es ist klar geworden, dass die inhärent überlegenen Lebensdauereigenschaften von Festkörperbatterien auf den extrem niedrigen Seitenreaktionsstrom in den Elektroden zurückzuführen sind.

Darüber hinaus gibt es in Festkörperbatterien selbst bei 105 °C keine Crosstalk-Reaktionen^*3, wie sie normalerweise in flüssigen Elektrolyten beobachtet werden, und es wurde festgestellt, dass bei der Abschätzung der Nebenreaktionsrate nur der materialspezifische Nebenreaktionsstrom berücksichtigt werden muss. Dies deutet darauf hin, dass die Vorhersage der Lebensdauer von Festkörperbatterien einfacher sein könnte als die von herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien auf Flüssigkeitsbasis.

In dieser Studie wurde der Mechanismus der Kapazitätsverringerung von Festkörperbatterien aufgeklärt, und wir haben eine logische Geschwindigkeitsanalyse der Kapazitätsverringerungsrate durchgeführt. Diese Ergebnisse werden den Weg für quantitative und theoretische Lebensdauervorhersagen für Festkörperbatterien ebnen. In dem Maße, in dem die Nebenprodukte von Nebenreaktionen deutlicher werden, ist zu erwarten, dass die Entwicklung von Festkörperbatterien mit verbesserter Sicherheit und Zuverlässigkeit auf der Grundlage von Lebensdauervorhersagen machbar wird.

Die Ergebnisse dieser Forschung wurden im „Journal of Power Sources“ veröffentlicht.

Auf der Grundlage dieser Technologie setzt Maxell die Entwicklung von Festkörperbatterien mit einer Hitzebeständigkeit von bis zu 150°C fort. Darüber hinaus treibt Maxell die Entwicklung für Bereiche wie die Mobilität der nächsten Generation einschließlich Elektrofahrzeugen, Energiespeichersysteme für erneuerbare Energien, Stromversorgungen für IoT-Sensoren zur Überwachung der Infrastruktur, wartungsfreie Stromversorgungen für Industrieanlagen und Spezialgeräte für extreme Umgebungen voran. Maxell wird auch in Zukunft die Leistung von Festkörperbatterien weiter verbessern und Technologien für die Massenproduktion dieser Produkte entwickeln, um zu einer nachhaltigen Gesellschaft beizutragen.

*1 SOC (State of Charge) -Ungleichgewicht: Ein Phänomen, bei dem sich die Stromeffizienz der Batteriereaktion zwischen der positiven und der negativen Elektrode aufgrund von Zersetzungsreaktionen des Elektrolyten oder der Elektrolytmaterialien an den Elektroden ändert, was zu einer Verschiebung des SOC-Nutzungsbereichs beider Elektroden führt.

*2 Symmetrische Zelle: Eine einfache Validierungszelle, die aus identischen Elektroden für die positive und negative Seite besteht.

*3 Crosstalk-Reaktionen: Ein Phänomen, bei dem Nebenprodukte von Nebenreaktionen, die an einer Elektrode entstehen, zur Gegenelektrode wandern und die Reaktionsmenge an der Gegenelektrode erhöhen.

Veröffentlichte Papiere
K. Furukawa, M. Yamada, K. Ariyoshi, Journal of Power Sources, Band 643, 1. Juli 2025, „Quantitative analysis of side-reaction rates and capacity fading mechanisms in all-solid-state Li-ion batteries“.
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378775325008377

Markenzeichen
Namen, Logos und Dienstleistungsmarken, die darin erscheinen, sind eingetragene Marken oder Marken von Maxell oder anderen Unternehmen.

Webseite zur Festkörperbatterie (all-solid-state)
https://biz.maxell.com/en/rechargeable_batteries/allsolidstate.html