Neue Schnittstellenstrategie verbessert den Ionenfluss in Festkörperbatterien

Lithium-Ionen-Batterien sind zum globalen Standard geworden. Heute ist sie die beliebteste und am weitesten verbreitete Batterietyp, wobei ihre Marktgröße für das Jahr 2023 auf etwa $65 billion im Jahr 2023.

Aber natürlich sind sie nicht ohne Nachteile, darunter Temperaturempfindlichkeit, Sicherheitsbedenken und begrenzte Lebensdauer.

Um Li-Ionen-Batterien sicherer und leistungsfähiger zu machen, werden flüssige Elektrolyte durch feste ersetzt, um Festkörperbatterien zu erzeugen, deren Markt prognostiziert voraussichtlich mit einer CAGR von 41,6 % zwischen 2024 und 2032 wachsen wird. 

Ein Wandel zu Festkörperbatterien (SSBs)

In einer Batterie ist der Elektrolyt das Material, das es ermöglicht, dass Ionen durch das Gerät wandern, um Energie zu erzeugen.

Eine Batterie mit festem Elektrolyten ist also eine Festkörperbatterie, die eine höhere Energiedichte, schnelleres Laden, Temperaturbeständigkeit, längere Lebensdauer und verbesserte Sicherheit bietet.

Trotz ihres Potenzials stehen SSBs vor mehreren Herausforderungen, darunter komplexe Fertigung und mögliche Sicherheitsbedenken im Zusammenhang mit Dendritenbildung. Außerdem können sie eine interfaciale Delamination erfahren, die ihre Leistung und Lebensdauer einschränkt. Zusammen behindern diese Einschränkungen die breite Einführung von SSBs. 

Um diese Herausforderungen zu überwinden, arbeiten Forscher und Unternehmen weltweit aktiv an der Weiterentwicklung der Technologie.

Zum Beispiel strebt Samsung SDI an, durch seine proprietäre Festelektrolyt- und anodenlose Technologie eine Energiedichte von 900 Wh/L zu erreichen, was 40 % höher ist als bei seinen aktuellen Batterien. 

Chinese giants CATL and BYD are also making significant strides in SSB tech, with the former working on a hybrid “condensed state battery” and the latter researching oxide- and sulfide-based solid electrolytes, both targeting an energy density of 500 Wh/kg.

In der EU hat Volkswagen eine Partnerschaft mit QuantumScape (QS ) eingegangen. Seine Batterieseite PowerCo hat zudem einen Lizenzvertrag abgeschlossen, um Festkörperzellen in Massenproduktion mit einer anfänglichen Jahreskapazität von 40 GWh, 30 % mehr Reichweite und ultraschnellem Laden herzustellen.

Nissan plant, die Massenproduktion seiner ersten Festkörperzellen noch vor Ende des Jahrzehnts zu starten, während LG die Kommerzialisierung für 2030 anstrebt. Solid Power (SLDP ) hat hingegen eine Partnerschaft mit Ford (F ), BMW und SK Innovation geschlossen, um die Kommerzialisierung der All‑Solid‑State‑Batterietechnologie mit Fokus auf sulfidbasierte Festelektrolyte für Elektrofahrzeuge zu beschleunigen.

Anfang dieses Monats hat das deutsche multinationale Automobilunternehmen Mercedes‑Benz Group AG (ehemals Daimler) vorgestellt das erste straßentaugliche Auto, das von einer Lithium‑Metall‑SSB angetrieben wird. Der Prototyp‑SSB wurde Ende letzten Jahres in ein EQS integriert.

Die SSB in einem EQS‑basierten Fahrzeug könne die Reichweite um 25 % erhöhen, erklärte das Unternehmen.

Während also noch in Arbeit, liegt die Kommerzialisierung von SSBs noch mehrere Jahre in der Zukunft. In der Zwischenzeit hat ein Forscherteam der University of Texas at Dallas einen Weg entdeckt, die Leistung von Festkörperbatterien zu steigern.

Verbesserung der Ionenleitfähigkeit in SSBs

Veröffentlicht in ACS Energy Letters beschreibt die neueste Studie die Entdeckung einer verbesserten Ionenleitfähigkeit¹ beim Mischen eines Festelektrolyten mit einem anderen Feststoff. 

Diese erhöhte Ionenleitfähigkeit wird durch die Bildung einer Raumladungszone an der Grenzfläche verursacht, was eine neue Strategie zur Entwicklung schneller Ionenleiter für SSBs bietet. Die ‚Raumladungszone‘ entsteht durch das Mischen kleiner Partikel zwischen zwei Festelektrolyten und ist eine Ansammlung elektrischer Ladungen an der Grenzfläche der beiden Materialien.

Was passiert, ist dass wenn die getrennten Festelektrolyt‑Materialien physischen Kontakt herstellen, an ihrer Grenze eine Schicht entsteht. An dieser Grenze sammeln sich geladene Teilchen aufgrund von Unterschieden im chemischen Potential jedes Materials.

Die Schicht hilft dann, Wege zu schaffen, die es diesen geladenen Teilchen oder Ionen erleichtern, die Grenzfläche zu überqueren. Laut dem ko‑korrespondierenden Autor der Studie, Dr. Laisuo Su, Assistenzprofessor für Materialwissenschaft und -technik an der Erik Jonsson School of Engineering and Computer Science:

„Stellen Sie sich vor, Sie mischen zwei Zutaten in einem Rezept und erhalten unerwartet ein Ergebnis, das besser ist als jede einzelne Zutat.“ 

Er fügte hinzu:

„Dieser Effekt steigerte die Ionenbewegung über das hinaus, was jedes Material allein erreichen könnte“, fügte er hinzu.

Dr. Sus Forschung konzentriert sich auf die Entwicklung revolutionärer Materialien für erneuerbare Energiegeräte im Bereich wiederaufladbarer Batterien. Neben einem besonderen Interesse an Elektrolyten, sowohl fest als auch flüssig, sowie der Elektrolyt‑Elektroden‑Grenzfläche, an der entscheidende Reaktionen stattfinden, arbeitet er an der Entwicklung fortschrittlicher Werkzeuge zur Überwachung chemischer und elektrochemischer Reaktionen in erneuerbaren Energieanlagen.

„Diese Entdeckung deutet auf einen neuen Weg hin, bessere Festelektrolyte zu entwerfen, indem man Materialien sorgfältig auswählt, die in einer Weise interagieren, die die Ionenbewegung verbessert, was potenziell zu leistungsfähigeren Festkörperbatterien führen kann.“

– Dr. Su

Im Rahmen der UTD-Initiative Batteries and Energy to Advance Commercialization and National Security (BEACONS), die bei ihrer Einführung im Jahr 2023 eine Finanzierung von 30 Millionen $ vom Verteidigungsministerium erhielt, zielt das Projekt darauf ab, neue Batterietechnologien und Fertigungsprozesse zu entwickeln und zu kommerzialisieren, die heimische Verfügbarkeit kritischer Rohstoffe zu verbessern und hochqualifizierte Arbeitskräfte für die Industrie auszubilden.

Laut dem ko‑korrespondierenden Autor der Studie, Dr. Kyeongjae Cho, der ebenfalls Professor für Materialwissenschaft und -technik sowie Direktor von BEACONS ist:

„Die Festkörperbatterietechnologie ist Teil unserer Forschung zu nächsten Generationen von Batteriekemien am BEACONS‑Zentrum, und es wird erwartet, dass sie fortschrittliche Batteriesysteme ermöglicht, die die Leistung von Drohnen für Verteidigungsanwendungen verbessern.“

Lithium‑Ionen‑Batterien, die derzeit in Verbraucherprodukten verwendet werden, enthalten hauptsächlich flüssige Elektrolyte, die entflammbar sind und daher Sicherheitsprobleme darstellen.

Da herkömmliche Li‑Ion‑Batterien ihr theoretisches Limit an speicherbarer Energie erreichen, zeigen SSBs laut Su das Potenzial, mehr als doppelt so viel Energie zu erzeugen und zu speichern wie Batterien mit flüssigen Elektrolyten. Und weil sie nicht entflammbar sind, sind sie zudem sicherer.

Das Bewegen von Ionen durch feste Materialien ist jedoch schwierig, was Herausforderungen bei der Entwicklung von Festkörperbatterien schafft.

Die Forscher untersuchten daher die Leistung zweier vielversprechender Festelektrolyt‑Verbindungen (SSE). Dazu gehören Lithium‑Zirkonium‑chlorid (Li2ZrCl6) und Lithium‑Yttrium‑chlorid (Li3YCl6). 

Die Forscher schlugen anschließend eine Theorie vor, warum das Mischen dieser Stoffe die ionische Aktivität steigert. „Die Grenzfläche bildete einzigartige Kanäle für den Ionentransport“, sagte Su.

Zukünftig werden die Forscher weiter untersuchen, wie die Zusammensetzung sowie die Struktur der Grenzfläche zu einer höheren Ionenleitfähigkeit führen.

Bewältigung des Dendritenproblems in SSBs

Der Bedarf an Batterien mit höherer Energiedichte hat ein weiteres Forscherteam dazu veranlasst, das kritische Dendritenproblem zu untersuchen. Ursprünglich wurde angenommen, dass Dendriten den Festelektrolyten nicht durchdringen können. Doch ähnlich wie bei anderen Batteriekonfigurationen stellen sie auch bei All‑Solid‑State‑Batterien ein Problem dar.

Ein Team von Ingenieuren und Materialwissenschaftlern mehrerer Institutionen in China hat entdeckt² dass Metallermüdung an der Anode einer der Hauptgründe dafür ist, dass SSBs im Laufe der Zeit versagen. Sie trägt zudem zur Degradation der Grenzfläche und zum Wachstum von Dendriten bei.

Die Gruppe nutzte Rasterelektronenmikroskopie und Phasenfeldsimulationen, um das Dendritenwachstum in Lithium‑SSBs zu untersuchen.

Sie stellten fest, dass während des Ladens und Wiederaufladens das ständige Auf- und Abschwellen von Lithium zu Metallermüdung an der Anode führte, was das Dendritenwachstum förderte. Genauer gesagt führte die ständige Expansion und Kontraktion zur Entstehung von Mikrohohlräumen und Rissen an der Anode, was wiederum das Dendritenwachstum und die Degradation selbst bei niedrigen Dichten begünstigte.

Ein Dendrit ist eine baumartige Struktur, die durch chemische Reaktionen an der Oberfläche der Anode entsteht.

Anoden in einer Batterie durchlaufen während der Lade‑ und Entladezyklen Lithium‑Plattierungs‑ und -Abschälungsprozesse. In diesem reversiblen Prozess werden Lithium‑Ionen auf der Oberfläche der Anode (Plattierung) abgelagert und während des normalen Zyklus (Laden & Entladen) wieder entfernt (Abschälung).

Eine nicht gleichmäßige Ablagerung von Li‑Ionen auf der Anodenoberfläche führt jedoch zu Stellen, die mehr Li‑Ionen anziehen, wodurch eine Kette von Lithium‑Ionen länger wächst. Die baumartige Struktur dringt dann durch die Batterie, zerstört die Batteriekonstruktion und verursacht einen Kurzschluss.

In SSBs gibt es eine große Kontaktfläche zwischen Lithium‑Metall und dem Festelektrolyten. Und wenn im Festelektrolyten Hohlräume entstehen, füllt das Lithium‑Metall diese schnell, was zu ernsthafter Dendritenbildung und tiefer Rissausbreitung durch den Elektrolyten führt.

So veröffentlichte Haegyeom Kim, ein Materialwissenschaftler am Lawrence Berkeley National Laboratory in Kalifornien, eine Lösung für dieses Problem.

Ihre Studie beschreibt die Verwendung einer doppelten Pufferlage aus Zinn‑Kohlenstoff auf dem Stromsammler, um die Bildung von Dendriten in Lithium‑, anodenfreien All‑Solid‑State‑Batterien (ASSBs) zu verhindern. In dieser SSB‑Architektur wird die Anode nicht im Voraus gebaut, sondern während des ersten Ladevorgangs auf dem Stromsammler durch die Li‑Ionen aus der Kathode gebildet, um Komplexität, Gewicht und Kosten zu reduzieren.

Ein früheres Papier von Forschern bei Samsung zeigte die Möglichkeit, Silber‑ und Kohlenstoffschichten als Pufferlage in Lithium‑Batterien zu verwenden, die einen sehr stabilen und gleichmäßigen Lithium‑Plattierungs‑ und -Abschälungszyklus besitzen.

Bei der Untersuchung, warum dies wirksam war, stellte Kims Team fest, dass Silber sehr lithophil ist und die Li‑Ionen gleichmäßig auf seiner Schicht ausgerichtet werden, selbst bei hohen Lithiumkonzentrationen, wodurch die Lithium‑Plattierung sehr homogen bleibt, solange die Silberschicht gleichmäßig aufgetragen ist.

Das Verständnis der Rolle von Kohlenstoff bildete jedoch die Grundlage für die neue Arbeit, bei der das Team Zinn auswählte, das besser funktioniert als das teure Silber.

Um die Rolle von Kohlenstoff zu ermitteln, entwickelte das Team mehrere Tests und nutzte vier verschiedene Batterien‑Halbzellen: eine mit einer Zinn‑Pufferlage, eine ohne Pufferlage, eine mit Zinn auf der Kohlenstoff‑Pufferlage und eine mit Kohlenstoff auf der Zinn‑Pufferlage.

Die Schichten wurden auf einen Edelstahl‑Stromsammler aufgebracht, und die Pufferlage mit Kohlenstoff auf dem Zinn zeigte die beste Leistung.

„Wir erkannten, dass Zinn als lithophile Schicht wie Silber wirkt, sodass die Positionierung des Zinns wichtig ist, da dort die Plattierung stattfindet.“

– Kim

Die Kohlenstoffschicht erwies sich als lithophob, was bedeutet, dass Li‑Ionen Schwierigkeiten hatten, durch diese Schicht zu wandern und stattdessen in die entgegengesetzte Richtung wollten. Die Platzierung auf dem Zinn verhinderte die Migration von Lithium aus der neu entwickelten Plattierungsschicht auf dem Zinn und stoppte das Eindringen von Dendriten in den Elektrolyten.

„Es geht nicht nur um die intrinsischen Eigenschaften eines einzelnen Materials. Wie wir sie kombinieren, ist so wichtig, da dies die Eigenschaften der Barrierschicht erheblich verändern kann.“

Das Team arbeitet nun an neuen Pufferlagen mit besserer Leistung, testet über längere Zyklen und geht zu praktischeren Systemen über.

Entfernung der Hohlräume zur Steigerung der Langlebigkeit

Ein weiterer Durchbruch, der SSBs einen Schritt näher an reale Anwendungen bringt, wurde erzielt, indem man verstand, warum das Hinzufügen kleiner Mengen von Metallen wie Magnesium zur Anode die Batterieleistung verbessert.

Obwohl dies häufig durchgeführt wird, war bisher nicht bekannt, warum das so ist.

Dafür untersuchten Forscher der University of Houston mit operando Rasterelektronenmikroskopie das Innenleben von SSBs, um zu verstehen, warum sie versagen und was getan werden kann, um diesen Prozess zu verlangsamen.

„Diese Forschung löst ein langjähriges Rätsel darüber, warum Festkörperbatterien manchmal versagen“, sagte der korrespondierende Autor Yan Yao, Hugh Roy und Lillie Cranz Cullen Distinguished Professor für Elektrotechnik und Computer Engineering sowie Hauptforscher am Texas Center for Superconductivity.

Ihre Entdeckung⁴, laut Yao, ermöglicht es SSBs, unter niedrigerem Druck zu funktionieren. Dies könnte den Bedarf an sperrigen äußeren Gehäusen reduzieren und die Gesamtsicherheit erhöhen.

Es wurde festgestellt, dass im Laufe der Zeit winzige Hohlräume innerhalb der Batterie entstehen, die zu einer großen Lücke führen und das Versagen der Batterie verursachen. Mehrere Versuche zeigten, dass das Hinzufügen einer kleinen Menge von Elementen wie Magnesium (Mg) diese Lücken schließen und die Batterie funktionsfähig halten kann.

„Mit nur einer kleinen Anpassung der Batteriekemie können wir ihre Leistung dramatisch verbessern, insbesondere unter praktischen Bedingungen wie niedrigem Druck.“

– Erstautor Lihong Zhao, Assistenzprofessor für Elektrotechnik und Computer Engineering an der UH

SSBs benötigen hohen äußeren Stapeldruck, um im Betrieb intakt zu bleiben, aber wie Zhao feststellte: „Durch sorgfältige Anpassung der Batteriekemie können wir den erforderlichen Druck, um sie stabil zu halten, deutlich senken.“

Forscher der University of Missouri nutzten hingegen die vierdimensionale Rastertransmissionselektronenmikroskopie (4D STEM), um die Bewertung der atomaren Struktur der Batterie vorzunehmen.

Sie fanden heraus, dass wenn der Festelektrolyt die Kathode berührt, er reagiert und eine Interphasen‑Schicht von 100 nm Dicke bildet, die die Li‑Ionen und Elektronen am leichten Durchgang hindert und damit die Batterieleistung einschränkt.

Das Forschungsteam plant nun zu testen, ob Dünnschichtmaterialien, die durch ein Dampfphasen‑Abscheideverfahren (oMLD) entstehen, eine Schutzbeschichtung „dünn genug, um Reaktionen zu verhindern“ zwischen Festelektrolyt und Kathodenmaterialien bieten können, „aber nicht so dick, dass sie den Lithium‑Ion‑Fluss blockieren“.

Einsatz von KI zur Unterstützung von SSB‑Forschung & Entwicklung

Da künstliche Intelligenz, die Branchen transformiert, ist es sinnvoll, dass Forscher ebenfalls ihre Hilfe in Anspruch nehmen, um das Problem der SSB‑Forschung und -Entwicklung zu lösen, die ressourcenintensiv und zeitaufwendig sind.

Die komplexe chemische Umgebung von SSB erschwert tatsächlich die Leistungsprognose und verzögert die großflächige Industrialisierung. 

In einer Studie⁵ der letzten Woche wiesen Ingenieure der Soochow University und der Nanjing University, China, auf das Potenzial von KI hin, effizientes Material‑Screening und Leistungsprognosen zu ermöglichen. Der neueste Fortschritt beim Einsatz von Machine‑Learning‑Algorithmen (ML) kann, so die Studie, umfangreiche Materialdatenbanken auswerten und die Entdeckung hochleistungsfähiger Materialien für SSBs beschleunigen.

Die rasche Entwicklung der KI‑Technologie liefert laut der Studie neue Ansätze zur Bewältigung der Hauptprobleme von SSBs, nämlich der Anoden‑ und Kathoden‑Grenzfläche, der Synthese und Entdeckung von Elektrolyten sowie der Batteriefertigung.

Forscher von Skoltech und dem AIRI Institute nutzten ebenfalls neuronale Netze und stellten fest, dass sie in der Lage sind, vielversprechende Materialien für den Festelektrolyten sowie dessen Schutzbeschichtungen zu identifizieren.

„Wir haben gezeigt, dass Graph‑Neural‑Networks neue Festkörperbatteriematerialien mit hoher Ionenmobilität identifizieren können und das um Größenordnungen schneller als traditionelle Quanten‑Chemie‑Methoden“, sagte der Hauptautor Artem Dembitskiy, und beschleunigte damit potenziell die Entwicklung neuer Batteriematerialien.

Mit dem maschinell‑lern‑beschleunigten Ansatz identifizierten die Forscher die Verbindungen Li3AlF6 und Li2ZnCl4 als vielversprechende Beschichtungsmaterialien für den superionischen Lithium‑Leiter Li10GeP2S12.

Investition in SSB‑Technologie

Wenn es um Investitionen in ein Unternehmen geht, das aktiv Festkörperbatterietechnologie vorantreibt, bietet Toyota ein solides Potenzial. 

Der japanische Automobilhersteller hat eine Partnerschaft mit Panasonic geschlossen, um ein Joint Venture namens Prime Planet Energy & Solutions zu gründen, das sich auf sulfidbasierte Festelektrolyte konzentriert. Das Unternehmen plant, im nächsten Jahr mit der Produktion zu beginnen, wobei die Massenproduktion erst 2030 erwartet wird, mit dem Ziel einer Reichweite von 1.000 km, 10‑minütigem Schnellladen und einer Jahreskapazität von 9 GWh.

Es hat zudem eine Partnerschaft mit Idemitsu Kosan geschlossen, um bis 2027–2028 sulfidbasierte Elektrolyte in Massenproduktion herzustellen.

Toyota Motor Corp (TM )

Toyotas Beziehung zu Festkörperbatterien begann vor fast zwei Jahrzehnten mit der Gründung einer Batterie‑Forschungsabteilung, deren Ziel es ist, nächste‑Generation‑Batterien für Hybrid‑ und Elektrofahrzeuge zu entwickeln.

Was die Marktperformance von Toyota Motors angeht, war sie ziemlich stark, wobei die Aktien derzeit bei 183,60 $ gehandelt werden. Obwohl sie im Jahresverlauf um 4,87 % gefallen sind, sind sie seit dem Tief im April um über 17 % gestiegen. Noch im letzten Jahr, im März, hatte der Aktienkurs des Unternehmens die 255‑$‑Marke überschritten und ein neues Hoch erreicht.

Mit einer Marktkapitalisierung von 292,4 Mrd. $ beträgt Toyotas EPS (TTM) 24,01 und das KGV (TTM) 7,71. Zudem bietet das Unternehmen eine attraktive Dividendenrendite von 3,27 %.

Die Finanzzahlen des Unternehmens für das 1. Quartal 2025 zeigten, dass der Nettoumsatz um 6,5 % auf 314 Mrd. $ gestiegen ist, während das operative Ergebnis um über 15 % auf 31,3 Mrd. $ gesunken ist. In diesem Zeitraum verkaufte das Unternehmen insgesamt etwa 9 362 000 Einheiten. Trotz eines Rückgangs der Verkäufe um 81 000 Einheiten im Quartal blieb Toyota die meistverkaufte Marke. 

Dies folgt darauf, dass Toyota im Jahr 2024 10,8 Millionen Fahrzeuge verkaufte und damit zum weltweit meistverkauften Automobilhersteller für das fünfte Jahr in Folge wurde.

Neueste Nachrichten und Entwicklungen zu Toyota Motor Corp. (TM) Aktien

Klicken Sie hier für eine Liste der fünf besten Festkörperbatterie‑Aktien.

Fazit: Die Zukunft der Festkörperbatterien

Festkörperbatterien versprechen zahlreiche Vorteile gegenüber den weit verbreiteten Lithium‑Batterien. Während sie bessere Sicherheit, Energiedichte und Langlebigkeit bieten, behindern Herausforderungen wie interfaciale Delamination und Dendritenbildung noch immer ihre Massenadoption. 

Hier stellt die jüngste Entdeckung, dass das Mischen bestimmter Festelektrolyte eine „Raumladungszone“ erzeugt, die die Ionenbeweglichkeit verbessert, eine vielversprechende neue Richtung dar. Durch solche Durchbrüche, zusammen mit ständiger Experimentierfreude von Unternehmen, kann SSB schließlich für den realen Einsatz in mobilen Geräten und Elektrofahrzeugen praktikabel gemacht werden.

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Studien zitiert:

<sup>1. Wang, B., Limon, M. S. R., Zhou, Y., Cho, K., Ahmad, Z., & Su, L. (2025). 1 + 1 > 2 Effekt verursacht durch Raumladung in Festelektrolyten. ACS Energy Letters, 10(3), 1255–1257. https://doi.org/10.1021/acsenergylett.4c03398
2. Wang, T., Chen, B., Liu, Y., Song, Z., Wang, Z., Chen, Y., Yu, Q., Wen, J., Dai, Y., Kang, Q., Pei, F., Xu, R., Luo, W., & Huang, Y. (2025). Ermüdung der Li‑Metall‑Anode in Festkörperbatterien. Science, 388(6744), 311–316. https://doi.org/10.1126/science.adq6807
3. Avvaru, V. S., Ogunfunmi, T., Jeong, S., Diallo, M. S., Watt, J., Scott, M. C., & Kim, H. (2025). Zinn‑Kohlenstoff‑Doppelpufferlage zur Unterdrückung des Lithium‑Dendritenwachstums in All‑Solid‑State‑Batterien. ACS Nano, 19(18), 17347–17356. https://doi.org/10.1021/acsnano.4c16271
4. Zhao, L., Feng, M., Wu, C et al. Abbildung der Entwicklung der Lithium‑Festelektrolyt‑Grenzfläche mittels operando Rasterelektronenmikroskopie. Nat Commun 16, 4283 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-59567-8
5. Wang, S., Liu, J., Song, X et al. Künstliche Intelligenz befähigt Festkörperbatterien für Material‑Screening und Leistungsevaluation. Nano-Micro Lett. 17, 287 (2025). https://doi.org/10.1007/s40820-025-01797-y</sup>