Längeres Leben für Lithium-Schwefel-Batterien

Wissenschaftler am Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS in Dresden haben ein neues Batteriedesign entwickelt, das die Aufladezyklen von Lithium-Schwefel-Akkus um das Siebenfache erhöht.

Durch eine besondere Kombination aus Anoden- und Kathodenmaterial konnte die Lebensdauer von Lithium-Schwefel-Knopfzellen von etwas über 200 Zyklen auf 1400 Zyklen ausgedehnt werden. Die Lithium-Schwefel-Batterie ist wesentlich leistungsfähiger und kostengünstiger als die bislang bekanntere Lithium-Ionen-Variante. Doch war sie bislang wegen ihrer geringen Lebensdauer noch in keinem Auto zu finden.  Die Anode des Prototyps besteht nicht – wie sonst üblich – aus metallischem Lithium, sondern aus einer Lithium-Kohlenstoff-Verbindung. Diese ist wesentlich stabiler, da sie sich bei jedem Ladevorgang weniger verändert als das Lithium-Metall. Denn je stärker sich das Anodenmaterial verformt, desto mehr vermischt es sich mit dem flüssigen Elektrolyten, der zwischen Anode und Kathode liegt und den Strom transportiert. Beim Lithium-Schwefel-Modell bildet elementarer Schwefel die Kathode. Schwefel ist im Vergleich zum üblicherweise verwendeten Kobalt preiswert. Doch auch der Schwefel tritt mit dem flüssigen Elektrolyt in Wechselwirkung. Dieser Vorgang wurde am IWS entschleunigt, indem der Schwefel in porösen Kohlenstoff so eingelagert wurde, dass er sich langsamer mit dem Elektrolyt verbindet. Von Lithium-Schwefel-Batterien versprechen sich die Experten vom IWS langfristig eine Energiedichte von bis zu 600 Wh/kg. Realistisch sind eher Zahlen um 500 Wh/kg. Zum Vergleich: Aktuell verwendete Lithium-Ionen-Akkus kommen lediglich auf maximal 250 Wh/kg.  Das heißt, die Leistungsfähigkeit ist bei identischem Batteriegewicht doppelt so hoch. Aktuell arbeiten die Wissenschaftler daran, das Material weiter zu optimieren und es an größeren Batteriemodellen einzusetzen. Auch auf geeignete Herstellungsmethoden wollen sie ihr Augenmerk legen.  

Bild: Jürgen Jeibmann/Fraunhofer IWS – Die Forscher haben das Design von Anode und Kathode für Lithium-Schwefel-Batterieren optimiert.

Erstellt am 23.04.2013

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