Lithium-Schwefel-Batterien weisen ein geringes Gewicht und eine hohe Ladekapazität auf. Mit der bis zu fünffachen Kapazität bei gleicher Größe wären sie also weitaus besser für den Einsatz in Elektrofahrzeugen geeignet als es die aktuellen Lithium-Ionen-Akkus sind.

Der Haken an der Sache: Lithium-Schwefel-Batterien gehen zu schnell kaputt. Bei nur zwischen 50 und 100 Ladezyklen braucht über den Einsatz in Elektroautos gar nicht erst nachgedacht zu werden. Schon im Februar 2021 konnten wir über einen Durchbruch bei der Technologie berichten. Einem koreanischen Forscherteam war es gelungen, zu zeigen, dass sich der inhärente Selbstzerstörungsprozess der Lithium-Schwefel-Batterie durch den Zusatz von Kobalt-Oxalat deutlich verlangsamen ließ.

Jetzt hat ein Team aus Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern an der Monash-University in Australien einen Weg gefunden, die Selbstzerstörung der negativen Lithium-Elektrode zu verhindern. Die wurde bislang durch Schwefelverunreinigungen, die eine Schicht auf der Elektrode bilden und somit ihre Leitfähigkeit unterbrechen, zerstört. Das Team war also auf der Suche nach einem Stoff, der die Bildung der Ablagerung verhindert.

Sie fanden ihn in einem Löffel Zucker. Der Zucker wurde in das Material der Elektrode verarbeitet. Fortan konnte sich kein Schwefel mehr auf der Elektrode ablagern. Den Prozess stellt das Team ausführlich in einer Arbeit auf Nature vor.

So konstruierte Lithium-Schwefel-Batterien sollen problemlos auf 1.000 Ladezyklen und mehr kommen. Dass das noch nicht reicht, ist den Forschenden an der Monash-University klar. Immerhin halten moderne Lithium-Ionen-Akkus in Elektrofahrzeugen bis zu 2.000 Ladezyklen, was etwa zehn Jahren Fahrbetrieb entspricht, durch.

Deshalb wollen sie weitere Schutzmaßnahmen für die Lithium-Metall-Anode entwickeln. Schon vor etwa einem Jahr hatte das gleiche Team eine Methode entwickelt, die positive Schwefelelektrode zu stabilisieren, indem sie ein Bindemittel integriert hatten, dass dafür sorgt, dass die Elektrode die Materialbewegungen während des Ladevorgangs unbeschadet übersteht.

Der Reiz der Technologie ist auf den ersten Blick ersichtlich. Lithium-Schwefel-Batterien sind mindestens um 20 Prozent günstiger herzustellen als solche mit Lithium-Ionen-Technik. Zudem sollen sie die bis zu fünffache Kapazität aufweisen. Ein Elektrofahrzeug, das mit aktuellen Batterien also rund 500 Kilometer Reichweite schafft, würde mit den günstigeren Lithium-Schwefel-Batterien rund 2.500 Kilometer mit einer Ladung fahren können.

Alternativ könnte das Gewicht des Fahrzeugs bei gleicher Reichweite reduziert werden. Dieser Effekt wird allerdings teils dadurch aufgefressen, dass die volumetrische Energiedichte bei Lithium-Schwefel-Batterien nur etwa halb so hoch wie in Lithium-Ionen-Akkus ist. Realistisch erschiene daher wohl ein Fahrzeug mit heutigem Gewicht und einer Reichweite von rund 1.200 Kilometern.