Die Physikalisch-Technische Bundesanstalt hat ein Messsystem entwickelt, das im Betrieb einer Lithium-Schwefel-Batterie eingesetzt wurde. Damit konnte ein Grund für deren unerwünschte Alterung ermittelt werden.
Aufbau der für die Messungen verwendeten, modifizierten Lithium-Schwefel-Batteriezellen.
PTB
Die Lithium-Schwefel-Batterie gilt als zukünftige Alternative zur klassischen Lithium-Ionen-Batterie. Schwefel als Kathodenmaterial ist preiswert, umweltfreundlich und reichlich vorhanden. Die theoretische Energiedichte liegt aufgrund der leichten Elemente bei bis zu 2.500 Wh/kg, und damit höher als bei Lithium-Ionen-Batterien. Doch bislang konnte nur rund ein Viertel der theoretisch möglichen Energiedichte erreicht werden, auch die Lebensdauer ist bislang zu kurz.
In der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) wurde nun ein Messsystem entwickelt, das im laufenden Betrieb der Batterie eingesetzt werden kann. Damit konnten die Forscher einen möglichen Grund für die unerwünschte Alterung feststellen. Am Minuspol reichern sich Polysulfide an, kettenförmige Moleküle aus Lithium und Schwefel. Daraufhin steht immer weniger Lithium und Schwefel für die Energiespeicherung zur Verfügung.
Anreicherung von Polysulfiden
Die Bewegung und Anreicherung der Polysulfide haben die Wissenschaftler mit zwei hochmodernen Analysemethoden mit Röntgenstrahlung der Synchrotronstrahlungsquelle BESSY II in Berlin molekülspezifisch beobachtet und dem jeweiligen Ladezustand zugeordnet. Die Entwicklung und Verwendung von polysulfid-undurchlässigen Separatoren könnte demnach die Lebensdauer der Lithium-Schwefel-Batterie erhöhen. Die Ergebnisse der Forschung wurden im "Journal of Materials Chemistry A" veröffentlicht.