Forscher der University of Texas wollen herausgefunden haben, dass neue Lithium-Schwefel-Batterien für Smartphones die Laufzeit gegenüber Lithium-Ionen-Akkus um ein Vielfaches verlängern. [...]
Die Ergebnisse der Forscher von der University of Texas sind vielversprechend: Während Lithium-Ionen–Batterien Smartphones im Schnitt einen Tag lang am Leben halten, soll der weiterentwickelte Stromspeicher Nutzungszeiten von bis zu mehreren Tagen erlauben.
Deutlich umweltfreundlicher
„Lithium-Schwefel–Batterien werden zurzeit aktiv erforscht, denn die theoretische Energiedichte, die erreicht werden könnte, ist viel höher als diejenige von Li-Ion–Batterien„, erklärt Hans Hagemann von der Université de Genève. „Das Problem ist die Chemie: Dendritenbildung auf der Lithium-Anode und Polysulfidbindungen mit Spannungssprüngen beschränken sowohl die Reversibilität als auch die Stromdichte.“
„Normale Lithium-Ionen–Akkus haben nur eine begrenzte Lebensdauer“, stellt Forschungsleiter Kyeongjae Cho fest. „Den meisten Smartphone-Nutzern ist diese jedoch einfach zu kurz.“ Cho und sein Kollege Jeongwoon Hwang sind bei ihrer Forschung der Frage nachgegangen, wie sich Lithium-Schwefel–Akkus sicherer und gebräuchlicher machen lassen.
Gegenüber den weit verbreiteten Ionen–Akkus gelten Schwefel–Batterien als umweltfreundlicher. Rohstoffe zur Erzeugung der Batterien sind weltweit zudem kostengünstiger zu beschaffen. Außerdem besitzen sie eine bis zu fünf Mal längere Laufzeit, sind jedoch bisher nicht praxistauglich gewesen, da das Zusammenspiel der Bestandteile für die Verwendung in Handys noch nicht erforscht war.
Nebenreaktionen unterdrücken
Schwefel ist als schlechter elektrischer Leiter bekannt und kann bereits nach wenigen Ladezyklen instabil werden. Elektrodenbrüche und der dabei resultierende Defekt des Akkus sind die Folge. In einer Testreihe haben die Forscher eine Schwefel-Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Substanz getestet, mit der die Batterie stabiler und das Schwefel zudem leitfähiger gemacht wurde. Weiterhin reicherten sie das Schwefel des Akkus mit einer Mischung aus zwei Schwefelatomen und dem metallischen Element Molybdän an, was die Leistung des Kraftspeichers nochmals verbesserte.
„Das war der Durchbruch – alles, wonach in dieser Richtung je gesucht wurde“, freut sich Cho. „Wir versuchen jetzt noch Nebenreaktionen zu unterdrücken.“ Das Forscher-Team gibt sich zudem optimistisch, restliche Unzulänglichkeiten bald abzustellen: „Wir werden das Material weiter stabilisieren und es zu praktischem, kommerziellem Nutzen bringen“, schließt Cho ab. Weltweit forschen Wissenschaftler an Batterien und Akkus, die sich in Leistung und Kapazität übertreffen. 2017 haben Schweizer Forscher beispielsweise die Festkörperbatterie vorgestellt.
„Das eine Problem, das es noch zu lösen gilt, ist die Reaktionen bei größeren Stromdichten stabil und reversibel zu bekommen, denn für den praktischen Gebrauch möchte man ja die Batterie in nützlicher Zeit aufladen können“, fügt Experte Hagemann an. „Das andere Problem ist dann auch, wie man diese sehr komplexe Chemie dieser Batterie in eine nicht allzu teure Massenproduktion umsetzten kann. Deshalb glaube ich, dass noch etwas Zeit vergehen wird, bis diese Batterien zu einem kommerziellen Einsatz für Handys kommen werden.“
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