Neue Generation von Akkus entwickelt

Mit dem neuen Zinn-Schwefel-Lithium-Akku sollen Probleme wie kurze Haltbarkeit, zu geringe Kapazität und Betriebsunsicherheit bald der Vergangenheit angehören.

Verschiedene Akkutypen im Vergleich

Verschiedene Akkutypen im Vergleich

Rom - An dieser Art von Batterie wird bereits seit längerem geforscht, allerdings stellte die bisherige Bauart die Wissenschaftler vor große Hindernisse. Sie verwendeten dazu eine Anordnung aus einer Carbonsulfid-Kathode und einer Anode, die metallisches Lithium enthält. Als Elektrolyt diente eine Lösung mit Lithiumsalz. Das Problem bei dieser Anordnung ist, dass sich die Sulfidionen der Anode nach Verbindung mit Lithiumionen als Lithiumsulfid lösen. Dadurch schrumpft die Elektrode und die Kapazität des Akkus nimmt ab.

Ein weiteres Problem stellen ungelöste Polysulfide dar, die zur Lithiumelektrode wandern. Dort reagieren sie mit den Lithiumionen zu unlöslichen Produkten, welche die Lade-Entlade-Reaktion behindern. Die bisherigen Forschungen bezogen sich weitestgehend auf den verwendeten Elektrolyt. Organische, ionische und polymere Elektrolyte wurden entwickelt, führten allerdings nicht zum gewünschten Erfolg.

Die Italiener Jusef Hassoun und Bruno Scrosati gingen nun einen neuen Weg. Normalerweise wird die Batterie im geladenen Zustand gebaut, in dem die Ionen getrennt vorliegen. Beim Entladen bilden die Ionen Verbindungen, im Fall des Li-S-Akkus ist diese Verbindung Lithiumsulfid. Bei der neu entwickelten Batterie, drehen die Wissenschaftler die Reihenfolge um: Sie bauen die Batterie im ungeladenen Zustand, bei dem die Lithium-Sulfid-Verbindung vorliegt. Ihre Anode besteht aus einem Kohlenstoff-Lithiumsulfit-Komposit, die Anode aus einer Zinn-Kohlenstoff-Verbindung.

Als Elektrolyt verwenden sie eine gelartige Polymermembran, also eine Membran mit flüssigen Zonen. Ein Polymermantel um die Membran verhindert den direkten Kontakt des Elektrodenmaterials mit der inneren Lösung. So lösen sich Sulfidionen lösen nur noch vereinzelt im Elektrolyt. Zusätzlich hat der neue Elektrolyt eine gute Leitfähigkeit, sodass Reibungsverluste verringert werden.

Der Abfall der Kapazität, der sich im dauerhaften Betrieb des Akkus zeigt, ist wesentlich geringer als der herkömmlicher Akkus. Er ist außerdem wesentlich zuverlässiger im Berieb, da kein Lithium in metallischer Form vorhanden ist, dass sich abscheiden und so Kurzschlüsse verursachen könnte. Er hat eine Energiedichte von etwa 1000 Wh/kg, die bisheriger Li-Ionen-Akkus liegt bei ca. 140Wh/kg und ein gewöhnlicher Blei-Akku hat lediglich eine Energiedichte von ca. 30,6 Wh/kg.

Mit dem neuen Akku-Konzept ist damit das Problem der Energieversorgung von Handys und Notebooks, deren Energiebedarf immer weiter steigt, einen großen Schritt näher an seine Lösung gekommen. Auch ein Einsatz der neuen Akkus in Elektroautos oder Flugzeugen wäre aufgrund der hohen Energiedichte denkbar.

Quelle: https://www.weltderphysik.de/gebiet/technik/news/2010/neue-generation-von-akkus-entwickelt/