Eine neue Batterie-Technik soll zigtausende Schnell-Ladezyklen bieten. Möglich mache das eine neue Glas-Elektrolyt-Technologie, die gleich mehrere Schwächen herkömmlicher Akkus überwindet.
Schwefelkristalle: Der leuchtend gelbe Stoff speichert Energie in neuen Super-Akkus l Foto: Simon
Ein internationales Forschungsteam der Peking University, der Justus-Liebig-Universität Gießen und des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) hat eine neuartige Lithium-Schwefel-Festkörperbatterie entwickelt, die in Laborexperimenten außergewöhnliche Leistungen zeigt. Die Batterie überstand 25.000 Ladezyklen, bevor ihre Speicherkapazität auf unter 80 Prozent fiel. Hochgerechnet könnte ein solcher Akku mehr als 300 Jahre funktionieren, wenn er etwa 40 Ladezyklen pro Jahr durchläuft.
Möglich wurde dieser Durchbruch durch die Verwendung eines innovativen gläsernen Festkörpers, der chemische Schwächen bisheriger Lithium-Schwefel-Technologien überwindet. Lithium-Schwefel-Batterien gelten seit Langem als vielversprechend. Denn Schwefel kann extrem viel Energie aufnehmen und ist zudem kostengünstig, reichlich verfügbar und nicht giftig. Doch bisher lag der Schwachpunkt darin, dass bereits nach wenigen Ladungen die Speicherkapazität durch die Reaktion des Schwefels abnimmt. Herkömmliche Lithium-Schwefel-Akkus verlieren bereits nach weniger als 200 Ladezyklen erheblich an Leistung. Die nun vorgestellte Basis von Lithium, Bor, Phosphor, Schwefel und Jod, kurz LBPSI genannt, soll dieses Problem lösen. Die Wissenschaftler entwickelten ein glasartiges Material mit einer speziellen Struktur, die den Schwefel so bindet, dass schnelle Ladevorgänge möglich sind, ohne die Kapazität zu verringern.
Es bleibt abzuwarten, ob sich die beeindruckenden Leistungsdaten auch in praxistauglichen, großformatigen Akkupacks bestätigen lassen. Die Studie weist darauf hin, dass bei größeren Batterien möglicherweise nicht genügend Energie auf engem Raum gespeichert werden könnte, was Anwendungen einschränken würde, bei denen kompakte Bauweise entscheidend ist, etwa bei Elektroautos oder Smartphones. Gerade für stationäre Energiespeichersysteme, bei denen Langlebigkeit, Sicherheit und niedrige Kosten im Vordergrund stehen, bietet diese Technik jedoch großes Potenzial. Die Forscher betonen, dass weitere Optimierungen und Skalierungsarbeiten notwendig sind, um den Sprung von der Laborzelle zur Massenproduktion zu schaffen. Dennoch zeigt die Studie eindrucksvoll, dass Lithium-Schwefel-Festkörperbatterien in Zukunft ein enormes Potenzial für langlebige und sichere Energiespeicher spielen könnten.
Quelle:
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Zhang, X. et al. (2024): All-solid-state Li–S batteries with fast solid–solid sulfur reaction, Nature, doi: 10.1038/s41586-024-08298-9