Lithium-Schwefel-Akkus mit Zucker verbessert

Lebensdauer steigt erheblich - Einsatz in E-Bussen und -Lastwagen sowie in der Landwirtschaft

Entwickler (v.l.n.r.): Shaibani, Majumder, Hill und Huang (Foto: monash.edu)

Melbourne (pte012/13.09.2021/11:17)

Ein Löffelchen Zucker brachte den Durchbruch. Forscher am Energieinstitut der Monash University https://www.monash.edu/ im australischen Melbourne ist es mit der süßen Zugabe gelungen, die positive Elektrode einer Lithium-Schwefel-Batterie zu stabilisieren. „In weniger als einem Jahrzehnt könnte diese Technologie zu Fahrzeugen wie Elektrobussen und Lastwagen führen, die ohne Aufladen von Melbourne nach Sydney fahren können", sagt Professor Mainak Majumder vom Institut für Mechanik und Luftfahrt. Das sind rund 880 Kilometer. „Mit diesen Batterien lässt sich auch der Betrieb von Liefer- und Landwirtschaftsdrohnen verbessern, bei denen geringes Gewicht von größter Bedeutung ist."

[b]Bis zu fünfmal mehr Kapazität[/b]

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.

[b]Zucker verhindert die Schwefel-Wanderungen[/b]

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

Das Team baute mehrere Batterien mit dieser Technik, die nach 1000 Lade- und Entladezyklen noch immer eine höhere Kapazität hatten als gleich schwere neue Lithium-Ionen-Batterien. Majumder und sein Doktorandin Yingyi Huang ließen sich von einem gut drei Jahrzehnte alten Forschungsergebnis aus der Geochemie inspirieren. Darin wird beschrieben, wie zuckerbasierte Substanzen dem Abbau in geologischen Sedimenten widerstehen, indem sie starke Bindungen mit Sulfiden, also Schwefelverbindungen eingehen.

[b]Batterie soll in Australien gebaut werden[/b]

Noch sind die australischen 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 http://www.enservpower.com/ 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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