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Technology Review

Mehr Ladezyklen für Lithium-Schwefel-Akkus

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Bei der Entwicklung besserer Stromspeicher stoßen Wissenschaftler regelmäßig auf ein Grundproblem: Zwar lässt sich die Energiekapazität der Zellen durch eine neue chemische Zusammensetzung relativ leicht erhöhen, doch die Anzahl möglicher Ladezyklen ist oft zu gering – die Batterien sind also nicht haltbar. Forscher an der Stanford University haben nun neuartige Nanostrukturen entwickelt, die die besonders leistungsfähigen Lithium-Schwefel-Akkus so widerstandsfähig machen soll, dass sich eine kommerzielle Verwendung etwa in Elektroautos lohnt, berichtet Technology Review in seiner Online-Ausgabe.

Bislang überstehen die Zellen höchsten 150 vollständige Ladevorgänge. Die Stanford-Technik erreicht 1000, ohne dass die Kapazität deutlich dezimiert wird. In einer E-Auto-Konfiguration würde das immerhin für mehrere Jahre Nutzungszeit ausreichen. Hinzu kommt: Kommerzielle Versionen der Batterie könnten die Energiespeicherdichte von Lithium-Ionen-Akkus ungefähr verdoppeln, sagt Yi Cui, Professor für Materialwissenschaften und Projektleiter. Nach 500 Zyklen verblieben bei den Prototypen immer noch 81 Prozent Kapazität und nach 1000 Zyklen 67 Prozent. Cui betont zudem, dass die Nanomaterialien mit vergleichsweise einfachen Herstellungsmethoden produziert werden können, die sich für eine Massenproduktion eignen.

Die neuen Strukturen adressieren die zwei Hauptherausforderungen bisheriger Lithium-Schwefel-Akkus. Werden solche Zellen entladen, bindet sich der Schwefel an das Lithium, um Lithiumsulfid zu bilden. Beim Ladevorgang bildet sich wiederum erneut Schwefel. Die Reaktion läuft allerdings nur indirekt ab. Eine Anzahl von Zwischenstoffen, die Polysulfide, entstehen. Wenn diese Polysulfide sich aus der Elektrode bewegen, wird die Reaktion nicht mehr beendet, was die Energiemenge beschränkt, die die Batterie speichern kann. Über mehrere Ladevorgänge hinweg sammeln sich dann die Zwischenprodukte in der Zelle an, was die Kapazität weiter dezimiert. Die Nanostrukturen verhindern das.

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(bsc)