Dit is waarom solid-state batterijen kortsluiten (en hoe we dat kunnen fixen)

Solid-state batterijen hebben last van een hardnekkig probleem dat de adoptie in de weg staat. Dendrieten groeien als een soort vertakkingen door de batterij heen en veroorzaken uiteindelijk kortsluiting. Onderzoekers weten nu waarom dit gebeurt.

Solid-state batterijen worden gezien als de toekomst als het gaat om draagbare energiebronnen voor onder meer smartphones en elektrische auto's. In tegenstelling tot de huidige lithium-ion batterijen gebruiken ze geen vloeistof, maar een vaste stof als elektrolyt. Dit maakt ze in theorie veiliger, krachtiger en zorgt voor een veel groter bereik.

Dat maakt het probleem best zuur, want daardoor kunnen we ze nog niet overal in stoppen. Wat gebeurt er dan precies? Tijdens het opladen ontstaan er microscopisch kleine metaalstructuren (dendrieten). Die groeien dan als vertakkingen door de batterijen heen, waardoor die kortsluiting ontstaat. Onderzoekers van het Max Planck Instituut hebben nu ontdekt hoe dit precies werkt.

Waterstraal die een rots doorsnijdt

De dendrieten bestaan uit lithiummetaal, dat zo zacht is als een gummibeertje. En toch lukte het door een keiharde keramische laag te breken. Onderzoekers hebben de batterij onder extreme omstandigheden bestudeerd en ontdekken dat dit proces vergelijkbaar is met een waterstraal die een rost doorsnijdt. Er bouwt zich in de dendriet een enorme mechanische spanning (hydrostatische druk) op, waardoor het stijve keramiek uiteindelijk bezwijkt en barst.

Nu de oorzaak bekend is, kunnen wetenschappers aan een oplossing werken. Dat kan door de keramische laag taaier te maken of het aanbrengen van beschermende coatings op de elektroden om de groei van dendrieten vanaf het begin te onderdrukken. En anders kunnen microscopisch kleine gaatjes de groei van de dendrieten een ongevaarlijke kant op sturen. Mocht dit lukken, dan komen we de solid-state batterij snel tegen in onze producten.