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 überwiegend im Labor, doch die Entwicklungen deuten darauf hin, dass sich dies bald ändern könnte. Diese ultraleichten Batterien gelten als vielversprechende Alternative zu herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien, die beispielsweise in Elektrofahrzeugen eingesetzt werden. Mit einer theoretischen Energiedichte von über 2.600 Wh/kg könnten sie bis zu achtmal mehr Energie speichern als herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien. Dies würde bedeuten, dass weniger Batterien benötigt werden, um die gleiche Reichweite zu erzielen.

Vorteile und Herausforderungen der Lithium-Schwefel-Batterien

Ein weiterer Vorteil dieser Batterietechnologie ist die Zusammensetzung: Sie besteht hauptsächlich aus Grafit und Schwefel, die beide kostengünstig sind. Insbesondere Schwefel fällt in großen Mengen als Nebenprodukt in der Ölindustrie an, was die Materialkosten weiter senken könnte.

Allerdings gibt es auch erhebliche Herausforderungen. Die theoretisch hohe Energiedichte wird in der Praxis nicht erreicht; kommerzielle Lithium-Schwefel-Batterien erreichen lediglich eine Energiedichte von etwa 350 Wh/kg, während die besten Prototypen Werte von über 500 Wh/kg erreichen. Diese Zahlen sind zwar vielversprechend, doch die geringen Lebensdauer und die starke Selbstentladung bleiben große Probleme. Lithium-Schwefel-Batterien schaffen nur wenige Hundert Lade- und Entladezyklen, was ihre Praktikabilität einschränkt.

Innovationen durch feste Elektrolyte

Das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik hat sich zum Ziel gesetzt, diese Herausforderungen zu meistern, indem es den flüssigen Elektrolyten, der für viele der Probleme verantwortlich ist, durch einen festen Elektrolyten ersetzt. Erste Laborversuche zeigen, dass eine Lithium-Schwefel-Batterie ohne flüssigen Elektrolyten Energiedichten von über 600 Wh/kg erreichen könnte, was doppelt so viel ist wie bei Lithium-Ionen-Batterien. Diese Innovation könnte auch das Problem der geringen Lebensdauer lösen.

Im Rahmen des Projekts AnSiLiS arbeiten mehrere deutsche Forschungseinrichtungen unter der Leitung des Fraunhofer-Instituts an der Entwicklung einer Schwefel-Kohlenstoff-Kathode und einer Lithium-Metall-Anode. Der Elektrolyt dieser neuen Batterieform ist semi-fest und enthält einen geringen Anteil an Flüssigkeit. Das EU-Projekt Talissman ergänzt die Arbeiten des AnSiLiS-Projekts mit dem Ziel, eine Lithium-Schwefel-Batterie mit Energiedichten von bis zu 550 Wh/kg zu entwickeln. Hierbei sollen nicht brennbare Quasi-Festelektrolyte eingesetzt werden, die den Flüssigkeitsanteil minimieren, während die Zellarchitektur mit bestehenden Produktionslinien für Lithium-Ionen-Batterien kompatibel bleibt.

Erfolgreiche Laborversuche und Ausblick

Die Bedeutung fester Elektrolyte für die Marktfähigkeit von Lithium-Schwefel-Batterien wird durch einen kürzlichen Durchbruch untermauert. Chinesischen Forschern gelang es, eine Festkörper-Lithium-Schwefel-Batterie mit hoher Kapazität zu entwickeln, die nach 25.000 Ladezyklen immer noch 80 Prozent ihrer ursprünglichen Kapazität behält. Sollte diese Technologie den Entwicklungsstatus verlassen, könnten Elektrofahrzeuge mit Reichweiten von bis zu 2.000 km pro Ladung Realität werden.

Die Fortschritte in der Lithium-Schwefel-Batterietechnologie könnten nicht nur die Reichweite von Elektrofahrzeugen erheblich erhöhen, sondern auch die Kosten für die Batterien senken und somit den Übergang zu nachhaltigeren Mobilitätslösungen unterstützen.