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Die Hochschule Esslingen ist in die Forschung zu den deutlich leistungsfähigeren Lithium-Schwefel-Batterien eingestiegen. Bereits in zwei bis drei Jahren werden diese Batterien marktreif sein, glaubt Renate Hiesgen (Foto, hinten), Leiterin des Forschungsprojektes und Professorin für Physik. Damit widerspricht sie drastisch anderen Experten, wie Dr. Kai-Christian Möller, der den Kompetenzbereich Angewandte Elektrochemie mit dem Schwerpunkt Batteriematerialforschung am Fraunhofer-Institut für Silicatforschung (ISC) in Würzburg leitet. In seinem http://www.atzonline.de/Artikel/3/13823/Lithium-Ionen-Batterien-Elektrolyt-ist-die-Schluesselkomponente.html(erschienen in der ATZelektronik 3/2011) erklärt er, dass Lithium-Schwefel-Batterien, die die bisherigen Reichweiten der Elektroautos verdoppeln oder verdreifachen könnten, realistisch gesehen noch 15 Jahre Entwicklungszeit bedürften, ehe sie sich für den Einsatz im Elektroauto eignen würden. Auch die Mercedes-Benz-Ingenieure, die in ihrem http://www.atzonline.de/Aktuell/Nachrichten/1/14529/IAA-2011-Die-S-Klasse-im-Jahr-2025.html einen Lithium-Schwefel-Akku mit einer Brennstoffzelle kombiniert haben, gaben bei der Präsentation zu bedenken, dass deren Einsetzbarkeit in Fahrzeugen noch weiterer Forschungsarbeit bedarf. Aktuell befänden sich die realen Potenziale der Lithium-Schwefel-Technologie in der Grundlagenforschung. In einem Punkt sind sich die Experten jedoch einig: Der Lithium-Schwefel-Akku weist eine deutlich höhere Kapazität als bisherige Lithium-Batterien auf. Hiesgen geht von einer zehnfach höheren Kapazität aus und erwartet für die Anwendung ein Verbesserungsfaktor von zwei bis drei.
Während ihrer bisherigen Forschung haben die 54-jährige Physikerin und ihr Team verschiedene Herstellungsverfahren und Messungen zu den Lithium-Schwefel-Batterien verglichen. "Für gute Batterieeigenschaften ist ein stabiler Verbund der Materialien erforderlich", erklärt Hiesgen, deren "Spezialität" die Methode der Rasterkraftmikroskopie ist. Jedoch ist nur der stabile Verbund entscheidend - bekannt ist zum Beispiel die Problematik der dendritischen Lithiumabscheidung -, sondern auch die Leitfähigkeit der Schwefelelektrode, die eher gering ist. Hier greift ein gemeinsames Projekt der Hochschule mit dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) und der Universität Stuttgart, in dessen Rahmen derzeit Laborversuche mit Hilfe der so genannten Rasterkraftmikroskopie, einer speziellen hochauflösenden Analysemethode, durchgeführt werden. Ziel der Kooperationspartner ist es, langzeitstabile Elektroden für Lithium-Schwefel-Batterien neu zu entwickeln und auf ihre Struktur und Leitfähigkeit zu testen.
Im DLR werden dazu Kathoden für die Batterien hergestellt, die dann zusammen mit einer metallischen Lithiumanode als Akkumulator betrieben und bewertet werden. Zur Erprobung der Technik werden rasterkraftmikroskopische Analysen an Elektroden gemacht. Inzwischen sind in dem Projekt fünf Wissenschaftler beschäftigt. Im nächsten Schritt werden nun neue Herstellungsmethoden untersucht und die Reproduzierbarkeit der Batterien getestet.
Die vom Land geförderte Brennstoffzellen- und Batterie-Allianz Baden-Württemberg (BBA-BW) unterstützt die Arbeit der Wissenschaftler derzeit mit einem Forschungsaversum in Höhe von 20000 Euro, die für Personalkosten bestimmt sind. Im Herbst will die Kooperation erste Ergebnisse präsentieren.
Die BBA-BW versteht sich als Netzwerk zur Förderung der Entwicklung und Verbreitung nachhaltiger und umweltschonender Energieerzeugungs- und Speichertechnologien auf der Basis von Brennstoffzellen und Batterien in mobilen, stationären und portablen Anwendungen sowie der dazugehörigen Infrastruktur. Derzeit vertritt die BBA-BW 70 Mitglieder aus Industrie, Wissenschaft und Verwaltung.