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30.04.2019

Durchbruch bei Lithium-Schwefel-Akkus

Schwamm aus Graphen von schwedischen Wissenschaftlern sorgt für lange Lebensdauer.

Forscher der Technischen Hochschule Chalmers haben das Problem der niedrigen Speicherkapazität bei Lithium-Schwefel-Akkus nach nur wenigen Lade- und Entladezyklen gelöst. Gelungen ist ihnen das mit einem dünnen Schwamm aus Graphen und einem schwefelreichen Gel, das gleichzeitig als Kathode und Elektrolyt fungiert. Das Gel wird auf den Schwamm aufgetragen, der es teilweise einsaugt. Ein Separator trennt diese Anordnung von der Anode.

Scheiben wie bei einer Salami
"Wir nehmen den Graphen-Schwamm, der anfangs zylinderförmig ist, und schneiden Scheiben ab, als sei er eine Salami", sagt Physikerin Carmen Cavallo, die zum Entwickler-Team von Forschungsleiter Aleksandar Matic gehört. "Dann komprimieren wir die Scheiben und legen sie in die Batterie." Es folgen die übrigen Komponenten.

Batterien bestehen prinzipiell aus drei Komponenten, die sich in einer Hülle befinden, aus Kathode, Anode und dem dazwischen liegenden Elektrolyten, der es Ionen erlaubt, hin- und herzuwandern, je nachdem, ob die Batterie ge- oder entladen wird. Manchmal wird noch ein Separator eingesetzt, der Kathode und Anode zusätzlich trennt.

Bereits 350 Zyklen überstanden
Die derart aufgebaute Lithium-Schwefel-Batterie hat bereits 350 Zyklen überstanden. Dabei verringerte sich ihre Kapazität nur um 15 Prozent. Trotzdem wird es noch eine Weile dauern, ehe sie Autos eine größere Reichweite beschert. Zum einen muss sie vergrößert werden - bisher ist es nur eine Knopfzelle. Zum anderen müssten völlig neue Produktionstechniken entwickelt werden, sagen die schwedischen Forscher.

Lithium-Schwefel-Akkus speichern bis zu fünfmal mehr Strom als heute gebräuchliche Lithium-Ionen-Batterien. Elektroautos, Smartphones und andere elektronische Geräte hätten also eine viel größere Reichweite. Das Design verhindert das Abwandern von Schwefel in den Elektrolyten, da beide eine Einheit bilden. Von dort gelangen sie zur Anode und sind unwiederbringlich für die Speicherung von elektrischer Energie verloren.

Der Vorteil von Lithium-Schwefel-Batterien ist nicht nur deren gewaltige Kapazität. Schwefel ist sehr billig, weil im Überfluss vorhanden, beispielsweise in Raffinerien. Diese entfernen ihn aus dem Erdöl, damit sich bei der Verbrennung von Treibstoffen kein Schwefeldioxid bildet. Diese Moleküle schädigen Pflanzen. "Außerdem enthalten sie, anders als manch andere Batterie, kein Fluor, das die Umwelt ebenfalls schädigt", so Matic.

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Quelle    pressetext.redaktion | Wolfgang Kempkens | 2019

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