Feste Schwefelbatterie: Der Akku der Zukunft nimmt Gestalt an
Ultraleichte Lithium-Schwefel-Batterien gelten als aussichtsreiche Alternative zu herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien, wie sie etwa in E-Autos vorkommen. Die Akkus haben eine theoretische Energiedichte von mehr als 2.600 Wh/kg und können damit etwa 8 Mal so viel Energie speichern wie herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien. Entsprechend weniger Batterien müssen in Fahrzeugen verbaut werden, um dieselbe Reichweite zu erreichen.
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Als weiterer Vorteil spricht für die Batterieart, dass sie neben Lithium hauptsächlich aus Grafit und Schwefel besteht. Beides sind günstige Materialien, Schwefel fällt etwa massenhaft als Nebenprodukt in der Ölindustrie an.
Viele Probleme bei Lithium-Schwefel-Batterien
Der Haken dabei: Die Energiedichte ist nur theoretisch, bei den raren kommerziellen Lithium-Schwefel-Batterien liegt die Energiedichte bei etwa 350 Wh/kg. Die besten Prototypen erreichen eine Batteriedichte von über 500 Wh/kg. Das ist an sich immer noch ein sehr guter Wert, wenn die anderen Probleme des Batterietyps nicht wären. Das größte davon ist die geringe Lebensdauer von Lithium-Schwefel-Batterien. Sie schaffen nur wenige Hundert Lade- und Entladezyklen und haben auch noch eine starke Selbstentladung.
Fester statt flüssiger Elektrolyt
Das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS will dem entgegensteuern, indem sie den flüssigen Elektrolyten, der die Probleme verursacht, einfach streicht. Erste Laborversuche deuten darauf hin, dass eine Lithium-Schwefel-Batterie ohne flüssigen Elektrolyten eine Energiedichte von mehr als 600 Wh/kg erreichen könnte. Das ist doppelt so viel wie bei Lithium-Ionen-Batterien. Auch das Problem der geringen Lebensdauer wäre damit gelöst.
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Im Projekt AnSiLiS forschen mehrere deutsche Forschungseinrichtungen unter der Leitung des Fraunhofer-Instituts an der Entwicklung einer Schwefel-Kohlenstoff-Kathode und einer Lithium-Metall-Anode. Der Elektrolyt dieser Batterie ist semi-fest, hat also immer noch einen flüssigen Anteil. Das EU-Projekt "Talissman" wollen Partner aus mehreren europäischen Ländern die Arbeiten aus dem AsSiLiS-Projekt ergänzen und eine Lithium-Schwefel-Batterie mit Energiedichten von bis zu 550 Wh/kg entwickeln. Als Elektrolyt sollen nicht brennbare Quasi-Festelektrolyte zum Einsatz kommen, die nur noch wenig Flüssigkeit enthalten. Die Zellarchitektur soll mit bestehenden Produktionslinien für Lithium-Ionen-Batterien kompatibel sein.
25.000 Ladezyklen bereits im Labor möglich
Dass feste Elektrolyte der Schlüssel zu markttauglichen Lithium-Schwefel-Batterien sind, zeigt auch ein Durchbruch vom Jahresanfang. Chinesischen Forschern ist es dabei gelungen, eine Festkörper-Lithium-Schwefel-Batterie mit hoher Kapazität zu entwickeln, die nach 25.000 Ladezyklen immer noch 80 Prozent ihrer Kapazität enthält. Sollte der Batterietyp jemals den Entwicklungsstatus verlassen, wären damit E-Autos mit Reichweiten von 2.000 km pro Ladung möglich.
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