Lithium-Schwefel-Batterie: Durchbruch gelungen?

Australische und deutsche Forscher der Monash University, des Fraunhofer-Instituts für Material- und Strahltechnik (IMS) und des Lehrstuhls für Anorganische Chemie der Technischen Universität Dresden haben in der Batterieforschung vermutlich einen entscheidenden Durchbruch erzielt und die weltweit effizienteste Lithium-Schwefel-Batterie entwickelt. Elektrofahrzeuge, ausgestattet mit der neuen Batterie, kämen somit auf eine Reichweite von mehr als 1.000 Kilometern. Damit wäre eines der größten Hindernisse, welches Kunden vom Kauf eines Elektrofahrzeuges abhält, quasi aus dem Weg geräumt.

Bis die Batterie allerdings serienreif ist, wird vermutlich noch etwas Zeit vergehen. Bisherige Prototypen der Lithium-Schwefel-Batterien hatten immer eine zu kurze Lebensdauer. Die Kathoden waren nach wenigen Lade- und Entladezyklen nicht mehr funktionsfähig. Das sogenannte starke „Atmen“, das Ausdehnen und Schrumpfen der Kathoden, ist eines der größten Probleme der Lithium-Schwefel-Batterien. Während des Entladevorgangs dehnt sich die Kathode so stark aus, dass sie nach wenigen Ladezyklen kaputt geht. Ein neues Modell, das an der Dresdner Universität gefertigt wurde, kommt nun auf 200 Zyklen, ohne groß an Kapazität zu verlieren. Zwar ist dies für die Praxis noch zu wenig, aber der Weg stimmt, vor allem auch, weil man ohne das Material Kobalt oder Nickel auskommt. Die neuen Kathoden bestehen zu 70 Prozent aus Schwefel, zu 20 Prozent aus Kohlenstoff und zu 10 Prozent aus Lithium-Carboxymethylcellulose (CMC), dem neuentwickelten Bindemittel, welches die Materialien der Kathode sozusagen zusammen und das „Atmen“ der Kathode im Rahmen hält. Je besser man das „Atmen“ der Kathode in den Griff bekommt, desto langlebiger wird die Lithium-Schwefel-Batterie.

Dass sich eine Weiterentwicklung der Lithium-Schwefel-Batterien lohnt, zeigen die Vorteile dieses Batterietyps im Vergleich zu herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien. Die Lithium-Schwefel-Batterien punkten gegenüber den derzeit eingesetzten Lithium-Ionen-Batterien vor allem hinsichtlich ihre hohen Kapazität und des günstigen Rohstoffeinsatzes. Schwefel ist einerseits ein äußerst kostengünstiger Rohstoff, andererseits wird bei der Herstellung dieses Batterietyps weniger Lithium benötigt. Ein weiterer, nicht unwichtiger Aspekt ist, dass die Lithium-Schwefel-Batterien bei gleicher Energiedichte nur halb so schwer wie Lithium-Ionen-Batterien sind.

Welcher Batterietyp macht zukünftig das Rennen? Es bleibt weiter spannend in der Batterieforschung.

Autor: Dr. Volkhard Francke, Market Intelligence Senior Expert, SVP Deutschland AG
Quelle: www.tu-dresden.de; www.ingenieur.de
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