Elektroautos mit Lithium-Schwefel-Batterien könnten bis zu 1.000 Kilometer fahren mit einer Ladung. (Bild: Pixabay)
Elektroautos könnten mit einer neuen Batterietechnologie bis zu 1.000 Kilometer weit mit einer Ladung fahren. Möglich soll das ein neuer Lithium-Schwefel-Akku machen. Daran arbeiten Forscher des Fraunhofer-Instituts für Material- und Strahltechnik (IMS) und des Lehrstuhls für Anorganische Chemie der Technischen Universität Dresden. Die Kathodenentwicklung übernahm die australische Monash University. Anfang Januar präsentierten Sie die Technik.
Atmende Kathode wurde zum Problem
Diese ist allerdings gar nicht so neu wie es scheint. Dass Lithium-Schwefel-Batterien eine höhere Energiedichte bieten, war bereits bekannt, jedoch gab es große Probleme beim Laden: Die Kathode hatte sich beim Entladen stark ausgedehnt und ging nach wenigen Ladezyklen kaputt. Denn beim Entladen dehnt sich die Kathode aus, beim Laden wird das wieder rückgängig gemacht.
Die Experten nennen diesen Vorgang "Atmen". Dabei kann das Volumen der Batterie um bis zu 80 Prozent zunehmen. Zum Verglaich: Bei herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien liegt die Ausdehnung bei rund zehn Prozent.
Bindemittel hält Materialien zusammen
Eine Neuentwicklung soll diese Probleme nun beheben. Der jetzt in Dresden vorgestellte Prototyp könne auf 200 Ladezyklen kommen - ohne an nennenswerter Kapazität zu verlieren. Die Kathoden (Minuspol) bestehen zu 70 Prozent aus Schwefel und zu 20 Prozent aus Kohlenstoff. Der Rest (10 Prozent) ist aus Lithium-Carboxymethlcellulose (CMC). Letzteres ist ein Bindemittel, das die Auswirkungen von Laden und Entladen rückgängig macht bzw. die Ausdehnung im Rahmen hält.
Beim Entladen wnadern Lithium-Ionen von der Anode zur Kathode und bilden dort Lithium-Schwefel-Verbindungen. Der Ladevorgang kehrt diesen Prozess dann um. Das CMC sort also dafür, dass die übrigen Bestandteile der Kathode stehts in Verbindung bleiben und ist quasi ein Brückenbildner.
Verzicht auf Kobalt
So kann der entscheidende Vorteil dieser Batterie, die hohe Energiedichte, besser ausgenutzt werden. Mit 200 Ladezyklen sei man zwar noch nicht praxistauglich, jedoch einen erheblichen Schritt weiter, so die Forscher. Vor allem verzichte man auf das problematische Kobalt, das großteils unter problematischen Bedingungen hergestellt wird und als Risikorohstoff gilt. Schwefel dagegen läuft nicht Gefahr zu verknappen.