E-Mobilität: Lithium-Schwefel-Akkus mit Zucker verbessert

Forscher der Monash University haben es geschafft, mit der Zugabe eines Löffels Zucker die positive Elektrode einer Lithium-Schwefel-Batterie zu stabilisieren.

„In weniger als einem Jahrzehnt könnte diese Technologie zu Fahrzeugen wie E-Bussen und -Lastwagen führen, die ohne Aufladen von Melbourne nach Sydney fahren können. Mit diesen Batterien lässt sich auch der Betrieb von Liefer- und Landwirtschaftsdrohnen verbessern, bei denen geringes Gewicht von größter Bedeutung ist“, so Forschungsleiter Mainak Majumder.

Bis zu fünfmal mehr Kapazität

Theoretisch können Lithium-Schwefel-Batterien zwei- bis fünfmal mehr Energie speichern als Lithium-Ionen-Batterien gleichen Gewichts. Das Problem war bisher, dass die Elektroden schnell zerstört wurden, sodass die Batterie den Geist aufgab. Die positive Schwefelelektrode dehnte sich im Betrieb aus, um danach wieder zu schrumpfen. Das hielt sie nicht lange durch. Die negative Elektrode aus Lithium wiederum wurde durch Schwefelverbindungen vergiftet.

Im vergangenen Jahr gelang es dem Team um Majumder bereits, die positive Elektrode so zu gestalten, dass sie die Volumenänderungen kompensiert. Jetzt haben die Forscher noch eins drauf gesetzt und bauten in die netzartige Struktur der Elektrode Glukose-Moleküle ein, diese verhindern, dass sich Schwefelmoleküle auf Wanderschaft begeben und die negative Elektrode verunreinigen.

Fertigung in Australien geplant

Das Team baute mehrere Batterien mit dieser Technik, die nach 1.000 Lade- und Entladezyklen noch immer eine höhere Kapazität hatten als gleich schwere neue Lithium-Ionen-Batterien. Majumder und sein Doktorandin Yingyi Huang haben sich von einem gut drei Jahrzehnte alten Forschungsergebnis aus der Geochemie inspirieren lassen. Darin wird beschrieben, wie zuckerbasierte Substanzen dem Abbau in geologischen Sedimenten widerstehen, indem sie starke Bindungen mit Sulfiden, also Schwefelverbindungen, eingehen.

Noch sind die Forscher nicht am Ziel. Auch wenn die Lithium-Elektrode vor Schwefelverbindungen geschützt ist, bedarf die Elektrode aus metallischem Lithium noch verstärkter Schutzmaßnahmen. Clean Future Energy, eine australische Tochtergesellschaft des Erneuerbare-Energien-Spezialisten Enserv Group of Thailand in Bangkok, hat die Forschungsarbeit finanziell unterstützt. Sie will die neuen Batterien in Australien in Serie bauen, was sich anbietet, weil das Land zu den größten Lithium-Produzenten der Welt gehört.

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