Flexibel: Der feste Elektrolyt auf der Basis von Silikon ist dehnbar und kompensiert dadurch die Hohlräume, die sich beim Laden und Entladen in Feststoffbatterien bilden. Bild: Empa
12.03.2026
Marco Plüss/empa
Marco Plüss/empa
Was flexible Elektrolyten bewirken
Feststoffbatterien verzichten auf brennbare flüssige Elektrolyten und sind somit sicherer als konventionelle Lithiumionenakkus. Empa-Forschende haben einen festen Elektrolyten entwickelt, der auf einem dehnbaren Polymer basiert. Das skalierbare Material könnte bessere Feststoffbatterien ermöglichen und etwa in flexiblen Akkus für medizinische Anwendungen zum Einsatz kommen.
Aber was ist eine Batterie? Zwei unterschiedlich gepolte Elektroden und dazwischen ein Elektrolyt, der den Transport der geladenen Ionen zwischen den Elektroden ermöglicht und die Elektronenleitfähigkeit blockiert – und somit das Laden und Entladen der Batterie möglich macht. In den meisten Batterien ist der Elektrolyt eine brennbare Flüssigkeit. Sogenannte Feststoffbatterien nutzen stattdessen einen Feststoff als Elektrolyten. Das macht sie nicht nur sicherer: Der feste Elektrolyt erlaubt auch die Verwendung von alternativen Materialien für die Elektroden, beispielsweise reines Lithiummetall für die Anode.
Doch wie so oft hat die vielversprechende Technologie noch einige «Kinderkrankheiten», die Forschung und Industrie vor Herausforderungen stellen. Empa-Forschende aus dem Labor für Funktionspolymere arbeiten an einem neuartigen Elektrolyten, der gleich in mehreren Punkten Abhilfe schaffen könnte. Wo die meisten Elektrolyten für Feststoffbatterien aus steifen Werkstoffen bestehen, ist ihr fester Elektrolyt weich und dehnbar.
Ionenleiter
Hinter der Innovation steckt clevere Chemie. Das Ausgangspolymer für den Elektrolyten ist ein Polysiloxan, im Volksmund besser als Silikon bekannt. Der elastische Kunststoff hat einen grossen Nachteil für die Batterieforschung: Er ist apolar. Will heissen: Die geladenen Teilchen, die Ionen, lösen sich gar nicht in ihm auf. Den Forschenden rund um Dorina Opris ist es gelungen, das «Rückgrat» des Polymers mit funktionalen Gruppen zu versehen, die es zu einem guten Ionenleiter machen, – und dabei seine vorteilhaften elastischen Eigenschaften beizubehalten.
Denn die Elastizität ist eine grosse Stärke des Polymer-Elektrolyten.
Heutige Lithiumionenakkus verwenden eine Anode auf der Basis von Lithiumsalzen. Mit reinem Lithiummetall als Anodenmaterial liessen sich höhere Energiedichten erreichen. Beim Entladen der Batterie «wandern» Lithiumionen aus der Anode ab, beim Laden kehren sie wieder zurück. Dabei lagern sie sich allerdings nicht in einer gleichmässigen Schicht an der Oberfläche der Anode ab, sondern bilden sogenannte Dendriten: baumartige Strukturen aus Lithium, die innerhalb von wenigen Ladezyklen bis zur Kathode «wachsen» und so einen Kurzschluss verursachen.
