STAND
AUTOR/IN
ONLINEFASSUNG

Ein in Australien entwickelter neuer Lithium-Schwefel-Akku soll Elektroautos eine Reichweite von rund 1000 Kilometern garantieren - ist aber derzeit noch nicht ganz ausgereift.

Dauer
Sendedatum
Sendezeit
16:05 Uhr
Sender
SWR2

Einen Prototypen dieser Super-Batterie haben Forscher der Australischen Universität Monash entwickelt. Es ist ein Lithium-Schwefel-Akku. Die Prototypzellen wurden in Dresden am Fraunhofer-Institut für Material- und Strahltechnik hergestellt und getestet. Seit den achtziger Jahren wird bereits an diesem Batterietypus geforscht. Die australischen Wissenschaftler haben nun einen neuen Ansatz erfolgreich getestet:

Die Forscher Matthew Hill (links), Mahdokht Shaibani (Mitte) und Mainak Majumder präsentieren den neuartigen Schwefel-Lithium-Akku. (Foto: Monash University)
Die Forscher Matthew Hill (links), Mahdokht Shaibani (Mitte) und Mainak Majumder präsentieren den neuartigen Schwefel-Lithium-Akku. Monash University

Sie haben die positive Elektrode der Batteriezelle neu entwickelt. Hier wurden also die Komponenten Kohlenstoff, Schwefel und ein Bindesystem in eine Rezeptur gebracht, die eine besonders stabile Struktur ergeben. Diese Struktur ist insofern besonders, da gleichzeitig eine hohe Porösität gewährleistet werden muss.

Holger Althues vom Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik

Das Trägermaterial für die Zutaten der Kathode, also Schwefel und Kohlestoff,  muss also fest sein und trotzdem porös bleiben. Das ermöglicht eine Speicherdichte, die bezogen auf das Gewicht doppelt so hoch ist wie bei herkömmlichen Lithium-Ionen Akkus.

REM-Aufnahme einer Siliziumschicht  (Foto: Pressestelle, Fraunhofer IWS Dresden)
REM-Aufnahme einer Siliziumschicht mit definierter Struktur. Über die gezielte Einstellung von Struktur und Dicke der Schichten lassen sich die Eigenschaften der Anoden in der Batterieanwendung steuern. Pressestelle Fraunhofer IWS Dresden

Lithium-Schwefel-Akkus sind groß und ziemlich leicht

Der Nachteil dieser lockeren Struktur ist die Größe. Lithium-Schwefel-Akkus sind ziemlich groß und deshalb bisher vor allem für die Luftfahrt interessant. Akkus, die in Smartphones und anderen elektronischen Bauteilen wie zum Beispiel in Elektrofahrzeugen genutzt werden, benötigen eine hohe Energiedichte. Das bedeutet auf wenig Raum muss möglichst viel Energie gespeichert werden. Das bietet die Lithium-Schwefel-Technik nicht.

Lithium Schwefel Akkus sind sehr leicht, aber auch sehr groß. Deshalb eignen sie sich vermutlich am besten für den Einsatz in Elektro-Flugzeugen.  (Foto: Imago, imago images / 7aktuell)
Lithium Schwefel Akkus sind sehr leicht, aberre auch sehr groß. Deshalb eignen sie sich vermutlich am besten für den Einsatz in Elektro-Flugzeugen. Imago imago images / 7aktuell

Der Vorteil liegt im geringen Gewicht der Akkus. Ich denke, dass die ersten Anwendungen in der Luftfahrt sein werden. Dort hat diese Art Akku tatsächlich durch ihr geringes Gewicht einen großen Vorteil.

Holger Althues, Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik

An der Verkleinerung der Batterien wird geforscht

Die Batterien kleiner zu machen, ist nach wie vor ein Forschungsschwerpunkt. Außerdem geht es darum, die Ladezyklen der Batterien zu erhöhen. Die australischen Forscher haben durch das neue Bindemittel im Labor immerhin 200 Aufladungen geschafft. Für den Alltagsgebrauch ist das allerdings noch zu wenig, da müssten es ungefähr 1000 Ladezyklen werden.

Zur Zeit sind Lithium-Ionen Batteriespeicher wie dieser hier in Berlin noch state of the art.  (Foto: Imago, imago images / CommonLens)
Zur Zeit sind Lithium-Ionen Batteriespeicher wie dieser hier in Berlin noch state of the art. Imago imago images / CommonLens

Batterie mit langer Ladezeit und hoher Umweltfreundlichkeit

Seit den 50er Jahren wird bereits an Lithium-Schwefel-Batterien geforscht. Ein Problem dieser Akku-Art ist neben der Größe und der noch kurzen Lebensdauer auch die ziemlich lange Ladezeit von mehreren Stunden.

Dafür ist der Akku ziemlich umweltfreundlich und auch nicht brand- oder explosionsgefährlich wie herkömmliche Lithium-Ionen-Akkus. Statt Kobalt und Nickel kommen Schwefel und Kohlenstoff zum Einsatz. Schwefel ist ein Abfallprodukt in der Erdölindustrie und damit weltweit verfügbar und kostengünstig. Als Lösungsmittel wird reines Wasser verwendet:

Heutige Kathoden für die Silizium-Ionen-Technologien werden mit einem giftigen Lösungsmittel appliziert. Hier wird dieses giftige Lösungsmittel ersetzt durch Wasser.

Batterieentwickler Holger Althues

Der 1000 Kilometer Akku ist noch nicht einsatzbereit

Bisher können die neuen Akkus also noch nicht in E-Autos verwendet werden. Der 1000 Kilometer-Akku bleibt damit weiter eine Vision. Allerdings sind die neuen Batterietypen ein wegweisender Schritt auf dem Weg dahin.

Lithium-Schwefel-Batterien habe die Möglichkeit drei bis fünfmal soviel Energie zu speichern als die klassischen Batterien. Und die schaffen 300 bis 500 Kilometer. Also ist es im  Prinzip realistisch, dass E- Autos mit solchen Batterien auch 1000 km schaffen können.

Prof. Ulrich Schubert. Er unterrichtet Organische und Makromolekulare Chemie an der Friedrich-Schiller-Universität Jena
STAND
AUTOR/IN
ONLINEFASSUNG