Fraunhofer-Institut Dresden

Lithium-Schwefel-Akkus mit längerem Leben

Lithium-Schwefel-Batterie, Elektroden-Beschichtung, Rolle-zu-Rolle-Verfahren Foto: Jürgen Jeibmann, IWS

Experten vom Dresdner Fraunhofer-Institut sind beim Einsatz von Lithium-Schwefel-Akkus einen wichtigen Schritt voran gekommen.

Geringe Speicherkapazität und hohe Kosten sind immer noch gravierende Nachteile der Stromspeicher vieler Elektrofahrzeuge. Vielversrechend ist der Einsatz der Lithium-Schwefel-Technologie in Batterien anstatt der bisher üblichen Lithium-Ionen-Variante. Lithium-Schwefel-Akkus sind leistungsfähiger und kostengünstiger herzustellen. Aufgrund ihrer geringen Lebensdauer kamen sie im Fahrzeug bisher allerdings noch nicht zum Einsatz. Das könnte sich künftig ändern. Wissenschaftler am Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik (IWS) in Dresden haben eine neue Batteriekonstruktion entwickelt, mit der sich die Auflade-Zyklen von Lithium-Schwefel-Akkus um das Siebenfache erhöhen lassen.

Neue Anoden und Kathoden

Bei Lithium-Schwefel-Akkus besteht die Kathode aus elementarem Schwefel statt aus dem nur begrenzt zur Verfügung stehenden Kobalt in Lithium-Ionen-Batterien. Grund für die eher bescheidene Lebensdauer ist der Umstand, dass der Schwefel mit dem Elektrolyt in Wechselwirkung tritt. Durch eine veränderte Kombination von Anoden- und Kathoden-Material lässt sich die Zahl der Ladezyklen erhöhen. Die Anode eines Prototyps besteht laut Dr. Holger Althues, Leiter Chemische Oberflächentechnologie am IWS, nicht aus metallischem Lithium, sondern aus einer Silizium-Kohlenstoff-Verbindung.

Poröse Kohlenstoffe

Die Silizium-Kohlenstoff-Verbindung ist stabiler, da sie sich bei jedem Ladevorgang weniger verformt als das Lithium-Metall und sich so weniger mit dem flüssigen Elektrolyten, der zwischen Anode und Kathode den Strom transportiert, vermischt. Das heißt, es zersetzt sich weniger Flüssigkeit in Gas und Feststoffe, die Batterie trocknet weniger schnell aus. Die Experten vom IWS nutzen dafür poröse Kohlenstoffe. "Wir haben die Poren der Kohlenstoffe exakt angepasst, damit sich der Schwefel dort einlagern kann und sich langsamer mit dem Elektrolyt verbindet", so Althues.

Höhere Energiedichte

Lithium-Schwefel-Batterien versprechen eine Energiedichte von bis zu 600 Wattstunden pro Kilogramm. Aktuelle Lithium-Ionen-Akkus kommen auf nur maximal 250 Wattstunden pro Kilogramm. Bei identischem Batteriegewicht ließe sich die Speicherkapazität also mehr als verdoppeln. Oder die Akkus werden bei unveränderter Kapazität leichter. Im Moment sind die Wissenschaftler daran, das Material zu optimieren und es an größeren Batteriemodellen einzusetzen. Gleichzeitig müssen sie noch eine geeignete Herstellungsmethode finden, damit eine Massenfertigung möglich ist.

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