Lithium-Schwefel-Akkus sind leistungsfähiger, leichter, billiger und umweltfreundlicher. Nun haben Forscher wohl auch deren Stabilität im Griff.

Australische Forscher haben nach eigenen Angaben den bislang leistungsfähigsten Lithium-Schwefel-Akku entwickelt. Die Leistung ihrer wiederaufladbaren Batterie sei mehr als viermal so hoch als die der aktuell marktführenden Lithium-Ionen-Akkus, berichtete die Monash-Universität im australischen Clayton in einer Mitteilung. An der Studie beteiligt war auch das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS in Dresden.

Lithium-Schwefel-Zellen können bei gleichem Gewicht mehr Energie speichern als die weit verbreiteten Lithium-Ionen-Akkus, sind dabei jedoch größer. Allerdings lassen sich Lithium-Schwefel-Akkus kostengünstig und umweltfreundlich herstellen, wie das IWS Dresden erläutert. Die Technik sei sehr vielversprechend, befinde sich aber noch in der Entwicklung. Erste Anwendungen der leichten Technologie gebe es beispielsweise in der Luftfahrt, sagte der IWS-Abteilungsleiter, Dr. Holger Althues, dessen Team die Technik seit Jahren erforscht.

Kern der Entwicklung ist eine besonders robuste Schwefel-Elektrode. "In der Lithium-Schwefel-Zelle ersetzt Schwefel die Nickel-Kobalt-Kathode der herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterie", erläuterte Althues. "Schwefel ist im Gegensatz zu Nickel und Kobalt ein Abfallprodukt und weltweit verfügbar." Die Rohstoffe seien der entscheidende Kostenfaktor in der industriellen Batterieproduktion.

Neues Material gegen frühen Verschleiß

Bislang war die Lithium-Schwefel-Batterie nicht stabil genug. Die Schwefel-Kathode dehnt sich bei Betrieb merklich aus und zieht sich wieder zusammen. Dadurch entstehen häufig Mikrorisse und -brüche in dem Material, so dass die Zelle schnell verschleißt. Für dieses Problem haben die Forschenden in Australien nun einen Lösungsansatz entwickelt und patentiert. Der Schwefel ist dabei in eine speziell gestaltete Schicht aus einem Bindemittel und Kohlenstoff eingebettet. Diese kann höhere mechanische Belastungen ausgleichen als bisherige Kathoden und verringert damit den Leistungs- und Kapazitätsverlust.

"Das ist ein sehr wichtiger Schritt, allerdings gibt es weitere Hürden bei der Entwicklung der Komponenten und Zellen bis zur Marktreife, insbesondere für die Anwendung in Elektrofahrzeugen", so Althues. Das Dresdner Institut hatte einen Prototyp der neuen Zelle gebaut.

Der von der Waschmittelproduktion inspirierte Prozess ermögliche eine Stabilität, wie sie keine andere Batterie bislang besitze, erläuterte die Monash-Universität. Er begünstige eine lange Lebensdauer, hohe Leistungsdaten sowie eine einfache und extrem kostengünstige Herstellung mit wasserbasierten Verfahren. Umweltgefährdende Abfällen könnten dabei erheblich reduziert werden. Das in der Studie vorgestellte neue Batteriedesign sei dadurch attraktiv für künftige Alltagsanwendungen.

dpa/ckr