Stromspeicher Langlebige Batterie: Neuer Lithium-Schwefel-Akku stabil bei Hitze und Frost

Durchbruch bei der Weiterentwicklung der Lithium-Schwefel-Batterie: Durch einen flüssigen Elektrolyten aus Dibutylether soll die Hochleistungsbatterie langlebig werden und unempfindlich gegen Hitze und Frost.

vom Schnee bedecktes Elektroauto
Stabil bei Kälte und Hitze: die neuen Lithium-Schwefel-Batterien für E-Autos Bildrechte: imago images/Dean Pictures

Für Handybesitzer ist es eine ärgerliche Erfahrung während sommerlicher Hitzewellen und winterlicher Frostperioden: Lithium-Ionen-Akkus kommen schlecht mit extremen Temperaturen klar, deshalb kann der Saft schnell weg sein, wenn es sehr kalt oder sehr heiß ist. Für Fahrer von Elektroautos stellt sich dieses Problem in verschärfter Weise, denn im Winter wird der Akkus besonders durch die Heizung zusätzlich belastet. Im Sommer heizt sich der Asphalt der Straßen extrem auf und erwärmt die oft im Fahrzeugboden angeordneten Akkus zusätzlich.

Dibutylether als Elektrolyt: Stabil über weiten Temperaturbereich, besserer Energiefluss

"Außerdem erwärmen sich die Batterien allein dadurch, dass während des Betriebs Strom durch sie fließt. Wenn die Batterien diese Erwärmung bei hohen Temperaturen nicht vertragen, lässt ihre Leistung schnell nach" sagt Zheng Chen, Professor für Nano-Ingenieurs-Wissenschaften von der Universität San Diego in den USA.

Chen und sein Team haben einen neuen Elektrolyten entwickelt, der diese Probleme löst, so die Forscher im Fachjournal PNAS. Die flüssige Lösung aus Dibutylether, der mit einem Lithiumsalz vermischt ist, halte große Temperaturbereiche aus und sei zudem mit den Hochleistungsanoden und -kathoden kompatibel (also vereinfacht den Plus- und Minuspolen der Batterie). Weil Ladungsteilchen schwächer gebunden werden, verbessere sich der Energiefluss besonders bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt. Außerdem vertrage Dibutylether Hitze besser.

Lithium-Schwefel-Batterie hält durch neuen Elektrolyten deutlich mehr Ladezyklen aus

Bei den Tests der Forscher mit einem Protoypen verbesserte sich die Leistung bei hohen Temperaturen sogar. Bei 50 Grad Celsius behielten die Akkus 115,9 Prozent der Energiekapazität. Bei minus 40 Grad waren es 87,5 Prozent. Zudem war der Elektrolyt mit Lithium-Schwefel-Batterien kompatibel. Diese gilt als Batterie der nächsten Generation, weil sie mehr Energie speichern kann und ihre Komponenten kostengünstiger in der Herstellung sind. Sie soll die Kapazität und damit Reichweite von E-Fahrzeugen verdoppeln.

Allerdings gibt es hier noch große Probleme, denn beide Bestandteile – Schwefel und Lithium – seien chemisch stark reaktiv, was zu einer schnellen Zerstörung der Batterie führe. Lithium-Schwefel-Batterien halten bisher nur einige Dutzend Ladezyklen. Das soll sich mit dem Dibutylether-Elektrolyt stark verändern. "Unser Elektrolyt trägt dazu bei, sowohl die Kathoden- als auch die Anodenseite zu verbessern und bietet gleichzeitig eine hohe Leitfähigkeit und Grenzflächenstabilität", so Chen.

(ens)

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