Neue Superbatterie: Forscher entwickeln haltbaren Lithium-Schwefel-Akku

Lithium-Schwefel-Batterien haben eine bis zu zehnmal höhere Kapazität als die heute weit verbreiteten Lithium-Ionen-Akkus. Doch sie haben einen entscheidenden Nachteil. Schon nach wenigen Lade- und Entladezyklen liefern sie kaum noch Strom. Sie haben sich selbst zerstört. Forscher an der Drexel University in Philadelphia haben jetzt die Lösung präsentiert. Sie verwenden als Kathode eine gewebte Matte aus Titanoxid-Nanofäden, an deren Oberfläche und in deren Poren Schwefelatome angesiedelt sind. Die Anode besteht aus Lithium. Dazwischen befindet sich der Elektrolyt.

„Zephyr 6“ blieb 336 Stunden in der Luft

Seit 2008, als das mit Lithium-Schwefel-Batterien ausgestattete britische Solarflugzeug „Zephyr 6“ einen Weltrekord aufstellte – es blieb gut 336 Stunden in der Luft –, versuchen Forscher, die Standfestigkeit der Batterie zu erhöhen. Wegen der von anderen Typen unerreichten Energiedichte versprachen sie sich einen entscheidenden Schub für den Einsatz in Elektroflugzeugen. Lithium-Ionen-Batterien können da nicht mithalten. Sie lassen sich auch nicht mehr auf höhere Leistung trimmen, weil alles, was machbar ist, bereits realisiert wurde. Wer noch mehr will riskiert Unfälle, etwa wie der Hersteller der Batterien, die 2016 in Laptops und Smartphones von Samsung in Brand gerieten.

Nanomatte bändigt zerstörerische Polysulfate

Die Selbstzerstörung der Lithium-Schwefel-Akkus geschieht durch Polysulfate, die sich im Inneren bilden. Sie wandern in den Elektrolyten ab, sodass die Kapazität rasch sinkt. Die beschichtete Titanoxidmatte verhindert, dass sich die Polysulfate selbstständig machen und in den Elektrolyten eindringen. Außerdem steigert sie noch die Kapazität, weil deren Oberfläche größer ist.

Das Team um Vibha Kalra, Assistenzprofessor an der Ingenieursfakultät, hat auch die Brandgefahr ausgeschlossen. Sie setzen keinen flüssigen Elektrolyten ein, sondern einen unbrennbaren gelartigen. „Unser Design minimiert die Kapazitätsverluste, die im Laufe der Zeit auftreten“, sagt Kalra. Diese seien bisher das Haupthindernis bei der Kommerzialisierung der Lithium-Schwefel-Batterie.

Elektroflugzeug mit 100 Sitzen?

Wenn es gelingt, die Lithium-Schwefel-Batterie zu Serienreife zu entwickeln, erhöht sich die Reichweite von Elektroautos drastisch. Zudem rückt der Bau von Elektroflugzeugen mit einer Kapazität von 100 Sitzen oder mehr in den Bereich des Machbaren.