Neue Schwefel-Metall-Batterie kommt ohne Lithium und Kobalt aus

Forscher vom Texas Materials Institute der University of Texas, Austin verfolgten das Ziel Batterien zu entwickeln, die ohne das wertvolle Kobalt und teures Lithium auskommen. Nach einigen Versuchen sind die Forscher rund um Arumugam Manthiram fündig geworden. Im Kern besteht die neu entwickelte Schwefel-Metall-Batterie aus weltweit im Überfluss vorkommenden Materialien wie Schwefel und Natrium. Ein weiterer Vorteil der neuen Batterie ist, dass diese weder brennt noch dem Zerfall ausgesetzt ist.

Keine Brand- und Zerfallgefahr

Obwohl das Forscherteam der University of Texas nicht die einzigen sind, die an einer günstigeren und nachhaltigeren Batterie forschen, stellt das nun entwickelte Produkt dennoch eine Innovation dar. In ihrer Veröffentlichung schreiben die Forscher, dass es ihnen gelungen sei Dendriten, also Ablagerungen, zu vermeiden die in der Folge zu Kurzschlüssen und sogar Explosionen in Batterien führen könnten. Zudem gelang es Manthiram den Elektroden-Zerfall zu verhindern. Diesen förderten bisherige eingesetzte Elektrolyte, was die Lebensdauer der Batteriespeicher erheblich limitierte.
Bisher ist die neuartige Schwefel-Metall-Batterie noch recht klein. Schon bald wollen die Forscher jedoch ein größeres Produkt bauen, um auch größere Mengen Energie speichern zu können. Diese sollen dann beispielsweise als Pufferspeicher von Wind- und Solarstrom fungieren oder auch in Elektroautos zum Einsatz kommen. Bisher haben Lithium-Ionen-Batterien einen großen Anteil bei der Verwendung in Elektroautos und auch bei Stromspeichern regenerativer Energien. Das macht die Batterien recht teuer.

Traumtechnologie

„Ich nenne es eine Traumtechnologie, denn Natrium und Schwefel sind reichlich vorhanden, umweltfreundlich und das Günstigste, was man sich vorstellen kann“, erklärt Manthiram, Direktor des Texas Materials Institute der UT und Professor am Walker Department of Mechanical Engineering. „Mit der zunehmenden Elektrifizierung und dem steigenden Bedarf an erneuerbaren Energiespeichern werden Kosten und Erschwinglichkeit der wichtigste Faktor sein.“
Bei den Schwefel-Metall-Batterien wählte Amruth Bhargav, seines Zeichens Doktorand im Team von Arumugam Manthiram, hochkonzentrierte Salzlösung als Elektrolyt aus. Diese verdünnte er in einem weiteren Schritt mit einem speziellen Lösungsmittel, das nicht mit anderen Materialien reagiert. Diese Lösung machte die Batterie brand- und explosionsfest und wesentlich widerstandsfähiger. Die erste Batterie dieser Serie überstand 300 Lade- und Entladezyklen, ohne einen Kapazitätsverlust zu verzeichnen.“Wenn man eine Menge Zucker in Wasser gibt, wird es sirupartig. Nicht alles wird aufgelöst“, so Bhargav, Doktorand in Manthirams Labor. „Manche Dinge sind halb gebunden und halb aufgelöst. In einer Batterie wollen wir, dass alles halb gelöst ist.“

Keine Ausbeutung von Menschen

Die Forscher veröffentlichten ihre Ergebnisse jüngst im Journal of the American Chemical Society. Sie haben eine günstigere Batteriealternative zur herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterie geschaffen, die in Zukunft durchaus eine Daseinsberechtigung hat. Der Preis von Lithium-Ionen-Batterien ist zunehmend in die Höhe geschossen. Zuletzt dürfte das an den Abbaubedingungen liegen. Die Förderung hat enorme negative Auswirkungen auf die Umwelt. So wird nicht nur eine Menge Grundwasser verbraucht, sondern es kommt auch zu erheblichen Boden- und Wasserverschmutzungen als auch Kohlenstoffemissionen. Natrium ist hingegen im Meer verfügbar und umweltfreundlicher sowie wesentlich billiger.
Die neuen kobalt- und lithiumfreien Batterien sorgen für eine bessere Umweltbilanz und sind humanitärer. So wird beispielsweise das in Lithium-Ionen-Batterien vorkommende Kobalt hauptsächlich unter unmenschlichen Bedingungen in der Demokratischen Republik Kongo in Afrika abgebaut. Bereits im letzten Jahr hat Manthiram eine kobaltfreie Batterie vorgestellt.

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