Lithium-Schwefel-Akkus halten länger

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Lithium-Schwefel-Batterien halten länger durch. (Bild: Mmaxer/Depositphotos)
Lithium-Schwefel-Batterien halten länger durch. (Bild: Mmaxer/Depositphotos)

Forscher der Drexel University haben die Lebensdauer von Lithium-Schwefel-Batterien verlängert. Sie flochten eine Matte aus Titanoxid-Nanofasern und siedelten darauf Schwefelatome an. „Das ist ein bedeutender Fortschritt“, sagt Assistenzprofessor Dr. Vibha Kalra. Die neuartige Kathode sei sehr leitfähig und binde Polysulfide, die sich beim Laden und Entladen der Batterie bilden und in den Elektrolyten abwandern. Das reduzierte die Lebensdauer der ersten Lithium-Schwefel-Batterien auf wenige Zyklen.

Elektromobilität
Viele Jahre lang versuchten Forscher in aller Welt vergeblich, die Schwefelkathode zu stabilisieren. Wegen der von anderen Typen unerreichten Energiedichte versprachen sie sich einen entscheidenden Schub für den Einsatz von Elektroflugzeugen. Lithium-Ionen-Batterien können da nicht mithalten. Deren Energiedichte ist total ausgereizt, sagen die Forscher um Kalra. Alles, was die Kapazität erhöhe und das Volumen verringere, sei bereits umgesetzt worden. Manche hätten es übertrieben, wie die Hersteller der Akkus, die 2016 Notebooks und Smartphones von Apple oder Samsung in Flammen aufgehen ließen.

US-Wissenschaftler stabilisieren Kathode mittels spezieller Matte aus Titanoxid-Nanofasern. (Bild: Drexel University)
US-Wissenschaftler stabilisieren Kathode mittels spezieller Matte aus Titanoxid-Nanofasern. (Bild: Drexel University)

Lithium-Schwefel-Batterien liefern fünf- bis zehnmal länger Strom als Lithium-Ionen-Akkus. Damit könnten diese der Elektromobilität helfen, die wegen geringer Reichweiten noch immer Probleme hat sich massenhaft durchsetzen. Auch E-Flugzeuge, die 100 Passagiere und mehr befördern, werden damit realisierbar. Die Titanoxid-Matte sorgt dafür, dass die Polysulfide nicht unkontrolliert umherwandern und die Batterie zerstören. Attraktiv ist diese Lösung, weil sie das Gewicht nicht erhöht und die Kosten der Herstellung kaum beeinflusst. Weil sich die Oberfläche der Kathode durch den Einsatz der Matte vergrößert, erhöht sich die Kapazität des Stromspeichers.

Gelartige Elektrolyte
Das Team um Kalra hat die Gefahr minimiert, dass die Batterie bei mechanischer Verletzung brennt oder gar explodiert. Erreicht wurde dies, indem die Forscher keinen flüssigen Elektrolyten – diese trennt die beiden Elektroden voneinander – einsetzen, sondern einen gelartigen.

„Unser Design minimiert die Kapazitätsverluste, die im Laufe der Zeit auftreten“, sagt Dr. Vibha Kalra.

Diese seien das Haupthindernis bei der Kommerzialisierung der Lithium-Schwefel-Batterie. Nach dem Rekordflug des Solarflugzeugs Zephyr 6 in diesem Jahr, mit knapp 336 Stunden in der Luft, rückten Lithium-Schwefel-Batterien ins Blickfeld der Öffentlichkeit.

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