Noch sind Lithium-Schwefel-Akkus hauptsächlich im Labor. Das könnte sich aber bald ändern.

Fortschritte bei Lithium-Schwefel-Batterien: Eine vielversprechende Zukunft

Lithium-Schwefel-Batterien haben sich als vielversprechende Alternative zu herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien etabliert, die häufig in Elektrofahrzeugen verwendet werden. Diese neuartigen Batterien zeichnen sich durch eine theoretische Energiedichte von über 2.600 Wh/kg aus, was bedeutet, dass sie in der Lage sind, etwa achtmal mehr Energie zu speichern als ihre konventionellen Pendants. Dies könnte den Bedarf an Batterien in Fahrzeugen reduzieren und gleichzeitig die Reichweite erhöhen.

Vorteile und Herausforderungen

Ein weiterer Vorteil der Lithium-Schwefel-Batterien ist die Verwendung kostengünstiger Materialien wie Grafit und Schwefel, von denen letzterer in großen Mengen als Nebenprodukt der Ölindustrie anfällt. Trotz dieser Vorteile gibt es jedoch bedeutende Herausforderungen, die überwunden werden müssen. Die derzeitige Energiedichte kommerzieller Lithium-Schwefel-Batterien liegt bei etwa 350 Wh/kg, während die besten Prototypen Werte von über 500 Wh/kg erreichen. Diese Werte sind zwar beeindruckend, jedoch bleiben die Probleme der geringen Lebensdauer und der hohen Selbstentladung bestehen.

Die Lebensdauer dieser Batterien ist eine der größten Herausforderungen, da sie nur wenige Hundert Lade- und Entladezyklen überstehen können. Dies wird durch die Verwendung eines flüssigen Elektrolyten verursacht, der die Probleme der Selbstentladung und der begrenzten Lebensdauer verstärkt.

Innovative Ansätze zur Verbesserung

Um diese Herausforderungen zu bewältigen, hat das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS innovative Ansätze entwickelt. Durch den Verzicht auf einen flüssigen Elektrolyten könnte eine Lithium-Schwefel-Batterie mit einer Energiedichte von über 600 Wh/kg realisiert werden. Dies würde nicht nur die Energiedichte erheblich steigern, sondern auch die Lebensdauer der Batterien verlängern.

Im Rahmen des Projekts AnSiLiS arbeiten mehrere deutsche Forschungseinrichtungen gemeinsam an der Entwicklung einer Schwefel-Kohlenstoff-Kathode und einer Lithium-Metall-Anode. Diese Batterien verwenden einen semi-festen Elektrolyten, der einen flüssigen Anteil enthält. Ein weiteres EU-Projekt mit dem Namen Talissman zielt darauf ab, die Arbeiten des AnSiLiS-Projekts zu ergänzen und Batterien mit Energiedichten von bis zu 550 Wh/kg zu entwickeln. Hierbei kommen nicht brennbare Quasi-Festelektrolyte zum Einsatz, die den Flüssigkeitsanteil minimieren.

Erstaunliche Laborergebnisse

Die Forschung zeigt vielversprechende Ergebnisse: Chinesischen Wissenschaftlern ist es gelungen, eine Festkörper-Lithium-Schwefel-Batterie zu entwickeln, die nach 25.000 Ladezyklen immer noch 80 Prozent ihrer Kapazität behält. Sollte diese Technologie den Markt erreichen, könnten Elektrofahrzeuge mit Reichweiten von bis zu 2.000 km pro Ladung realisiert werden. Dies würde einen bedeutenden Fortschritt für die Elektromobilität darstellen und die Akzeptanz von Elektrofahrzeugen erheblich steigern.

Insgesamt zeigen die Fortschritte in der Entwicklung von Lithium-Schwefel-Batterien, dass die Zukunft der Energiespeicherung vielversprechend ist. Mit weiteren Forschung und Entwicklung könnten diese Batterien bald eine tragende Rolle in der Elektromobilität und in anderen Anwendungen spielen.