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Lithium-Schwefel – Akku der Zukunft?

Neue Akku-Technologien können den Preis für Elektroautos senken.

lithiumsulfidakku

Fahrzeuge mit Elektroantrieb sind deutlich teurer als jene mit Verbrennungsmotoren. Der Preis für Akkumulatoren sind einer der Hauptgründe dafür. Zwei Verbesserungen könnten künftig für günstigere Akkus sorgen.

Wissenschaftler arbeiten seit Jahren an einem Akku mit Lithium an einer und Schwefel an der anderen Elektrode. Theoretisch könnte ein solcher Akku drei bis fünf Mal so viel Energie speichern als der gewöhnliche Lithium-Ionen-Akku. Das Problem ist die Reaktionsfreudigkeit des Lithium-Metalls wenn es mit Wasser in Verbindung gerät. Dabei formen sich wurzelähnliche Strukturen im Akku, die zu Kurzschlüssen oder Ausbruch von Feuer führen können.

Die Forschung entwickelte sich dementsprechend in eine Richtung, die auf Lithium-Metall verzichtet. Das Resultat ist ein Akku, bei dem die Schwefelelektrode durch ein Schwefel-Lithium-Material ersetzt wird. Diese Mischung wird zur Quelle des Lithiums, das Lithium-Metall ist dadurch nicht mehr notwendig und kann durch Graphit oder Silikon ersetzt werden. Das Problem: Lithiumsulfid ist nichtleitend.

Zwei Forscherteams haben vor kurzem kostengünstige Methoden zur Lösung des Problems vorgestellt. Wissenschafter der Universität Stanford versuchen, die Limitierung des Lithiumsulfids zu umgehen, indem beim ersten Ladevorgang eine höher als übliche Spannung eingesetzt wird. Dadurch verändert sich die chemische Struktur der Elektrode und das Leiterproblem wird umschifft. Das Lithiumsulfid muss dennoch mit Karbon vermischt werden um die Leitfähigkeit zu erhöhen – und Karbon verringert die Speicherkapazität der Elektrode. Experimente zeigten, dass mit einem solchen Setup die Kapazität von Lithium-Ionen-Akkus annähernd erreicht werden kann.

Forscher des Lawrence Berkeley Instituts haben einen Weg gefunden, den Einsatz von Karbon deutlich zu reduzieren. Diese Verbesserung soll die Speicherkapazität auf 610 Wattstunden pro Kilogramm erhöhen, Lithium-Ionen-Akkus in Elektroautos speichern rund 200 Wattstunden pro Kilo. Das verbleibende Problem: Die Begrenzung der Ladezyklen.

Energieleben Redaktion, 15.04.2013
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