Um das nach wie vor ungelöste Reichweitenproblem von Elektroautos zu lösen, arbeiten Forscher derzeit auf Hochtouren an effizienten Batterietechnologien. Eine vielversprechende Nachricht kommt aus Dresden: Die Wissenschaftler am Fraunhofer Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS haben ein neues Batteriedesign für Lithium-Schwefel-Akkus entwickelt, dass die Aufladezyklen und somit die Lebensdauer dieses Batterietyps erheblich erhöht. Lithium-Schwefel-Batterien werden aufgrund ihrer im Vergleich zu Lithium-Ionen-Akkus geringeren Lebensdauer derzeit noch in keinen Elektroautos verwendet. Dies könnte sich nach Ansicht der Dresdner Forscher aber bald ändern – und positive Auswirkungen auf die Etablierung der Elektromobilität haben, denn Lithium-Schwefel-Batterien sind leistungsfähiger und vor allem kostengünstiger.
Lithium-Schwefel-Batterien könnten Reichweite erhöhen und Elektroautos verbilligen
»Bisher kam man bei Tests kaum über 200 Zyklen hinaus. Durch eine besondere Kombination aus Anoden- und Kathodenmaterial konnten wir nun die Lebensdauer von Lithium-Schwefel-Knopfzellen auf 1400 Zyklen ausdehnen«, erläutert Dr. Holger Althues, Leiter Chemische Oberflächentechnologie am IWS, den Durchbruch. Durch die Verwendung einer Silizium-Kohlenstoff-Verbindung statt des bisher üblichen Lithium-Metalls für die Anode erhöht sich deren Stabilität. Dies ist wichtig, um den Stromtransport zwischen Anode und Kathode durch die flüssigen Elektrolyte ungehindert sicherzustellen. Die Kathoden bestehen bei diesem Batterietyp aus elementarem Schwefel. Dieser Stoff ist im Vergleich zum zumeist in Lithium-Ionen-Akkus verwendeten Kobalt nahezu unbegrenzt verfügbar und entsprechend günstiger. Um die Reaktionsanfälligkeit des Schwefels zu verringern und dadurch die Lebensdauer der Batterien zu erhöhen, wurden poröse Kohlenstoffe integriert, die den Schwefel quasi auffangen.
Konkret versprechen sich die Forscher durch die weitere Optimierung der Lithium-Schwefel-Batterietechnologie eine Verdoppelung der Reichweite von Elektroautos bei gleichem Batteriegewicht – oder alternativ erheblich leichtere Akkus. Gängige Lithium-Ionen-Batterien weisen eine Energiedichte von maximal 250 Wh/kg aus – die Lithium-Schwefel-Akkus sollen künftig eine Leistungsfähigkeit von bis zu 600 Wh/kg besitzen. Für eine lohnende Massenproduktion müssten allerdings auch noch effiziente Herstellungstechnologien entwickelt werden.
