Auf der ganzen Welt sucht man nach der nächsten "Wunderbatterie", die die heutigen Lithium-Ionen-Lösungen ablösen kann. Australische Wissenschaftler sind nun auf eine unkonventionelle Methode gekommen: Sie haben Zucker – ein organisches Material – in einen Lithium-Schwefel-Akku integriert. Die süße Zugabe soll das Kardinalproblem dieser Technik lösen, die Standfestigkeit soll nun auf über 1000 Ladezyklen erhöht worden sein.
Die Lithium-Schwefel-Technik ist vor allem deshalb sehr vielversprechend, weil im Labor bis zu fünfmal so hohe Ladekapazitäten erreicht werden. Das Problem: Bei diesen Batterien verschleißen die Elektroden schnell Schon vor einem Jahr konnten die Forscher der Monash University in Australien bereits die positive Schwefelelektrode stabilisieren. Hier wurde ein Bindemittel integriert, sodass die Elektrode die starken Ausdehnungen während des Ladens übersteht.
Zucker verhindert Schwefelkruste
Auf der anderen Seite wurde die negative Lithiumelektrode durch Schwefelverunreinigungen bislang unbrauchbar gemacht. Lange Schwefelketten überwucherten die Elektrode. Nun unterbindet die Zugabe von Zucker die Bildung von langen Schwefelketten auf dem Material. Diese Poysulfide hatten die Elektrode wie Moos überwachsen. Der Zucker wurde als netzartige Mikrostruktur in das Material der Elektrode eingebracht, und unterbindet dort die Bildung der Poysulfide.
Die Versuchszelle behielt darauf ihre Kapazität über 1000 Zyklen hinweg bei. "Jede Ladung hält also länger, was die Lebensdauer der Batterie verlängert", so die Forscherin Yingyi Huang. "Und für die Herstellung der Batterien werden keine exotischen, giftigen und teuren Materialien benötigt."
Durchbruch für Lkw und Drohnen
Noch ist die Technik nicht serienreif und die Autoren sagen, dass der Schutz der Lithium-Metall-Anode weiter verbessert werden muss. Aber der Reiz der Technik ist vor allem für mobile Anwendungen groß. Hier macht sich die bis zu fünf Mal höhere Kapazität der Technik bezahlt. Ein Fahrzeug, dass heute 400 Kilometer Reichweite erzielt, würde bei gleicher Akkugröße 2000 Kilometer weit kommen. Auch wäre es reizvoll, einen kleineren Akku für eine praxisgerechte Reichweite zu verbauen, um so das Übergewicht der Elektrofahrzeuge zu verringern. Der wichtigste Punkt ist aber, dass Batterien von dieser Kapazität benötigt werden, um schwere Fahrzeuge wie Busse und Lkw vernünftig zu elektrifizieren.
"In weniger als einem Jahrzehnt könnte diese Technologie zu Fahrzeugen wie Elektrobussen und Lastwagen führen, die ohne Aufladen von Melbourne nach Sydney fahren können. Es könnte auch Innovationen bei Liefer- und landwirtschaftlichen Drohnen ermöglichen, bei denen geringes Gewicht von größter Bedeutung ist", so der Hauptautor der Studie, Professor Mainak Majumder
Quelle: Nature Communications
