Batterietechnologie: Forscher entwickeln leistungsfähigsten Lithium-Schwefel-Akku

Prototypzellen der neuen Batterie gebaut vom Das Fraunhofer IWS in Dresden

Damit könnten Lithium-Schwefel-Akkus künftig Vorteile gegenüber den bisher üblichen Lithium-Ionen-Akkus bieten - möglicherweise irgendwann auch im Elektroauto. Das Forscher-Team entwickelte daraus eine Methode, die Bindungen zwischen den Partikeln herstellt, "um Spannungen aufzunehmen um ein Maß an Stabilität zu erreichen, das bis heute in keiner Batterie zu finden ist", wie die Forscher erklären. Damit könnten Lithium-Schwefel-Akkus künftig praktisch nutzbar werden. In der jüngeren Vergangenheit haben sich daher auch die kritischen Stimmen zu den Lithium-Ionen-Akkus gehäuft. Aber dafür fallen die anderen Bestandteile gängiger Lithium-Ionen-Akkus weg, wie etwa Kobalt oder Mangan.

Bei Lithium-Schwefel-Akkus dient ein Gemisch aus Schwefel und Kohlenstoff als Kathode. Für Lithium-Schwefel-Batterien spricht außerdem ein verbesserter ökologischer Fußabdruck, da bei der Herstellung weniger giftige Abfälle produziert werden.

Die Forscher haben ein genehmigtes Patent (PCT/AU 2019/051239) für ihr Herstellungsverfahren eingereicht, und die Prototypzellen wurden von den deutschen F&E-Partnern Fraunhofer Institut für Werkstoff- und Strahltechnik erfolgreich hergestellt.

Die Technik sei sehr vielversprechend, befinde sich allerdings noch in der Entwicklung. Beim Entladen der Batterie wanderten nun Lithium-Ionen von der Anode zur Kathode und bildeten verschiedene Lithium-Schwefel-Vebindungen. "Das eröffnet das Potenzial für eine kostengünstige Zelle: Schwefel ist im Gegensatz zu Nickel und Kobalt ein Abfallprodukt und weltweit verfügbar". Forscher der Monash University in Australien scheinen nun aber eine Lösung für dieses Problem gefunden zu haben. Mindestens die doppelte Reichweite wäre prinzipiell mit Lithium-Schwefel-Batterien möglich. Die Materialien seien der entscheidende Kostenfaktor in der industriellen Batterieproduktion. Die Kathoden bestanden dabei aus 70 Prozent Schwefel, 20 Prozent Kohlenstoff und zehn Prozent Carboxymethylcellulose. Hauptproblem der Schwefel- Kathode ist bislang ihre mechanische Alterung.

Die Architektur der Schicht sei von der Waschmittelproduktion inspiriert, erläuterte die Monash-Universität.

Laut den Forschern soll er nicht nur eine hohe Leistung und lange Lebensdauer haben, sondern auch umweltfreundlicher sein. "Diese Kathoden haben große Reaktionsoberflächen, können Ladestress vertragen und haben eine hohe elektrische Leitfähigkeit und Ionendurchlässigkeit". Das Dresdner Institut hatte einen Prototyp der neuen Zelle gebaut. Allerdings reichen auch mehr als 200 Ladezyklen noch nicht für eine marktfähigen Stromspeicher aus, der einige tausend Zyklen mit möglichst wenig Kapazitätsverlust aufweisen sollte.

"Das ist ein sehr wichtiger Schritt, allerdings gibt es weitere Hürden bei der Entwicklung der Komponenten und Zellen bis zur Marktreife, insbesondere für die Anwendung in Elektrofahrzeugen", so Althues.

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