Es gibt Fortschritte in der Li-S-Batterietechnologie: mehr als 99 %. Leistung nach 200 Zyklen

Wissenschaftler der University of Melbourne (Australien) haben Fortschritte in der Stabilisierungstechnologie für Lithium-Schwefel-Batterien (Li-S) angekündigt. Sie konnten Zellen herstellen, die nach 99 Zyklen mehr als 200 Prozent ihrer Kapazität behielten und bei gleichem Gewicht ein Vielfaches der Kapazität von Lithium-Ionen-Zellen boten.

Li-S-Elemente - es gibt Probleme, es gibt Lösungen

Die Idee, Schwefel in Zellen zu verwenden, ist nicht neu: Li-S-Batterien wurden bereits 2008 beim Zephyr-6 eingesetzt, der den Rekord für Flugstrecken ohne Landung brach. Dank leichter Lithium-Schwefel-Batterien, die den Motor antrieben und ihrerseits durch Photovoltaikbatterien aufgeladen wurden, konnte es fast 3,5 Tage in der Luft bleiben (Quelle).

Allerdings haben Li-S-Zellen einen gravierenden Nachteil: halten bis zu mehreren zehn Betriebszyklen standDenn beim Laden vergrößert eine Kathode aus Schwefel ihr Volumen um etwa 78 Prozent (!), also 8-mal mehr als der Graphit in Lithium-Ionen-Zellen. Durch das Quellen der Kathode zerfällt diese und löst Schwefel im Elektrolyten auf.

Und je kleiner die Kathode ist, desto kleiner ist die Kapazität der gesamten Zelle – der Abbau tritt sofort ein.

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Die Wissenschaftler aus Melbourne beschlossen, die Schwefelmoleküle mit einem Polymer zusammenzukleben, gaben ihnen aber etwas mehr Platz als zuvor. Ein Teil der festen Bindungen wurde durch flexible Polymerbrücken ersetzt, wodurch eine höhere Beständigkeit gegen Zerstörung bei Volumenänderung erreicht werden konnte – die Brücken kleben die Kathodenelemente wie Gummi:

Polymerbrücken verbinden die Strukturen von Schwefelmolekülen (c) University of Melbourne

Zellen mit solch verbesserten Kathoden sind von ihrer besten Seite. konnten nach mehr als 99 Ladezyklen 200 Prozent ihrer ursprünglichen Kapazität behalten (Quelle). Und sie behalten den größten Vorteil von Schwefel: Sie speichern bis zu fünfmal mehr Energie pro Volumeneinheit als Lithium-Ionen-Zellen.

Minuspunkte? Das Laden und Entladen erfolgte bei einer Leistung von 0,1 C (0,1 x Kapazität). Nach weiteren 200 Zyklen sanken selbst die besten Lösungen auf 80 Prozent der ursprünglichen Kapazität. Darüber hinaus verloren die Zellen bei höherer Belastung (Laden/Entladen bei 0,5 °C) nach einigen Dutzend 20 Prozent ihrer Kapazität, maximal jedoch knapp über 100 Ladezyklen.

Es gibt Fortschritte in der Li-S-Batterietechnologie: mehr als 99 %. Leistung nach 200 Zyklen