Noch sind Lithium-Schwefel-Akkus hauptsächlich im Labor. Das könnte sich aber bald ändern.

Fortschritte bei Lithium-Schwefel-Batterien: Eine vielversprechende Zukunft

Lithium-Schwefel-Batterien befinden sich derzeit vorwiegend in der Entwicklungsphase und könnten bald eine bedeutende Rolle in der Energiespeicherung spielen. Diese ultraleichten Batterien gelten als vielversprechende Alternative zu herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien, die in Elektrofahrzeugen weit verbreitet sind. Mit einer theoretischen Energiedichte von über 2.600 Wh/kg haben sie das Potenzial, bis zu achtmal mehr Energie zu speichern als ihre Vorgänger. Dies könnte bedeuten, dass weniger Batterien in Fahrzeugen benötigt werden, um die gleiche Reichweite zu erzielen.

Vorteile und Herausforderungen der Lithium-Schwefel-Batterien

Ein wesentlicher Vorteil dieser Batterietechnologie ist die Verwendung von kostengünstigen Materialien wie Grafit und Schwefel, die in großen Mengen verfügbar sind. Besonders Schwefel fällt als Nebenprodukt in der Ölindustrie an und könnte somit ein wirtschaftlicher Rohstoff sein. Trotz dieser Vorteile gibt es jedoch erhebliche Herausforderungen. Die tatsächlich erreichbare Energiedichte bei kommerziellen Lithium-Schwefel-Batterien liegt derzeit nur bei etwa 350 Wh/kg, während die besten Prototypen Werte von über 500 Wh/kg erzielen.

Ein zentrales Problem ist die geringe Lebensdauer dieser Batterien. Sie sind in der Lage, nur wenige Hundert Lade- und Entladezyklen zu überstehen und leiden unter einer hohen Selbstentladung. Diese Faktoren schränken ihre praktische Anwendbarkeit erheblich ein.

Innovative Ansätze zur Verbesserung der Batterieleistung

Das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik hat sich zum Ziel gesetzt, die Probleme, die durch den flüssigen Elektrolyten verursacht werden, zu lösen. Erste Laborversuche zeigen, dass eine Lithium-Schwefel-Batterie ohne flüssigen Elektrolyten eine Energiedichte von mehr als 600 Wh/kg erreichen könnte, was doppelt so viel ist wie bei herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien. Diese Entwicklung könnte auch die Lebensdauer der Batterien erheblich verbessern.

Im Rahmen des Projekts AnSiLiS arbeiten mehrere deutsche Forschungseinrichtungen unter der Leitung von Fraunhofer an der Entwicklung einer Schwefel-Kohlenstoff-Kathode und einer Lithium-Metall-Anode. Der Elektrolyt dieser Batterie ist semi-fest und enthält einen geringen Anteil an Flüssigkeit. Unterstützt wird dieses Vorhaben durch das EU-Projekt Talissman, das die Arbeiten aus dem AnSiLiS-Projekt ergänzt und eine Lithium-Schwefel-Batterie mit Energiedichten von bis zu 550 Wh/kg entwickeln möchte. Dabei sollen nicht brennbare Quasi-Festelektrolyte verwendet werden, die nur noch wenig Flüssigkeit enthalten. Die Zellarchitektur wird so gestaltet, dass sie mit bestehenden Produktionslinien für Lithium-Ionen-Batterien kompatibel ist.

Ermutigende Ergebnisse aus der Forschung

Ein weiterer vielversprechender Fortschritt wurde zu Beginn des Jahres von chinesischen Forschern erzielt, die eine Festkörper-Lithium-Schwefel-Batterie entwickelt haben. Diese Batterie kann nach 25.000 Ladezyklen immer noch 80 Prozent ihrer Kapazität aufrechterhalten. Sollte diese Technologie erfolgreich in die Serienproduktion überführt werden, könnten Elektrofahrzeuge Reichweiten von bis zu 2.000 km pro Ladung erreichen.

Die Entwicklungen im Bereich der Lithium-Schwefel-Batterien zeigen, dass die Zukunft der Energiespeicherung vielversprechend aussieht. Mit weiteren Fortschritten in der Forschung und Entwicklung könnten diese Batterien bald eine zentrale Rolle in der Elektromobilität und darüber hinaus spielen.