Fünfmal so viel Reichweite für E-Autos? Mit diesen Akkus könnte es klappen

Das Herumprobieren nimmt rund um den Erdball kein Ende, irgendwann springt dabei der perfekte Akku heraus! Jetzt hat ein Forscherteam von der Universität Michigan eine Lithium-Schwefel-Batterie für E-Autos entwickelt, wie es sie noch nie gab. Bislang war diese Sorte den derzeit üblichen Li-Ionen-Batterien bezüglich der Speicherkapazität zwar weit überlegen, sie brachte aber Probleme mit sich, die niemand haben will. Lithium-Schwefel-Batterien gelten als instabil und unsicher, sie vertragen nur wenige Ladezyklen und können relativ leicht in Flammen aufgehen. Den amerikanischen Wissenschaftlern gelang es, für alle diese Mankos eine Lösung zu finden.

Eine Membran bannt die Feuergefahr

Das Forscherteam entwickelte eine biologisch inspirierte Membran, die sie zwischen die Lithiumionen auf der Anodenseite und den Polysulfiden auf der Kathodenseite aufspannten. Das feine Häutchen besteht auf Aramid-Nanofasern, gewonnen aus recycletem Kevlar. Es isoliert die genannten Stoffe voneinander und sorgt so dafür, dass die Dendriten, die sich auf der Anodenseite bilden, nicht bis zur Kathode durchschlagen. Damit wird die Feuergefahr gebannt.

Auch die schnelle Alterung ließ sich stoppen

Außerdem bilden sich in Lithium-Schwefel-Batterien relativ schnell kleine Lithium-Schwefel-Moleküle (Lithiumpolysulfide), die in Richtung Lithium fließen und sich dort anlagern. Mit der Zeit senken sie dabei die Akkukapazität. Die Forscher entwickelten zur Lösung dieses Problems eine Art Autobahn, die durch die Membran führt und auf der die Lithiumionen ungehindert »fahren« können. Die Lithiumpolysulfide hingegen werden wie an kleinen Mautstellen aufgehalten, die Kapazitätsminderung findet nicht statt. Lithiumionen und Lithium-Polysulfide sind in etwa gleich groß, dass bedeutet, diese Filterung gelingt nicht durch die Erstellung kleiner Kanäle, durch die nur die gewünschte Sorte passt. Die Wissenschaftler luden die Poren der Membran stattdessen elektrisch auf und sorgten so für eine Abstoßung der Lithium-Schwefel-Moleküle.

Die neue Batterie soll laut ihrer Erfinder nahezu perfekt sein, weil sie sich bezüglich Effizienz und Kapazität ihren theoretischen Grenzen maximal nähert. Sie ist resistent gegen Hitze und soll mehr als 1.000 Schnellladezyklen überstehen. Auch die Nachhaltigkeit steht im Fokus: Die Membran entsteht durch Wiederverwertung alter Rohstoffe – und Schwefel ist auf dem Erdball viel reichhaltiger vorhanden als Kobalt. Somit profitiert auch die Umwelt von diesem Projekt.