Schwefel zeigt einen Spillover-Effekt bei Kontakt mit porösem Kohlenstoff. Diesen unerwarteten Effekt haben jetzt Chemiker der Universität Jena bei Metall-Schwefel-Batterien entdeckt.
Schwefel ist ein äußerst vielversprechendes Element für zukünftige Batterien. In Kontakt mit dem nötigen Kohlenstoffadditiv kommt es dabei zu unerwarteten Wechselwirkungen.
Lukas Medenbach / FSU
Chemiker der Friedrich-Schiller-Universität Jena, des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien in Jena und der Technischen Universität Chemnitz haben ein Phänomen in Metall-Schwefel-Batterien entdeckt, das ihre Funktionsweise erheblich beeinflussen könnte. Die Wissenschaftler fordern daher, das Phänomen näher zu erforschen. Über ihre Ergebnisse berichten die Wissenschaftler in der neuen Ausgabe des Fachmagazins "Angewandte Chemie".
Unerwartete Wechselwirkung
"In Verbindung mit einem Metall, etwa Natrium oder auch Lithium, kann eine Batterie mit Schwefel als Pluspol theoretisch wesentlich mehr Energie speichern als mit den meisten anderen Materialien", erklärt Professor Dr. Philipp Adelhelm von der Universität Jena. "Weltweit wird daher intensiv an Metall-Schwefel-Batterien geforscht. Aufgrund der schlechten Leitfähigkeit von Schwefel, muss dieser dafür allerdings sehr feinteilig mit leitfähigem Kohlenstoff kombiniert werden."
Bei Kontakt scheinen nun beide Elemente auf unerwartete Weise in Wechselwirkung zu treten. Die Wissenschaftler haben hierzu unter normaler Umgebungstemperatur hochporöse Kohlenstoffteilchen und Schwefel zu gleichen Teilen miteinander vermischt. Dabei bedeckten die Schwefelatome innerhalb kurzer Zeit die komplette Oberfläche des Kohlenstoffs. Nimmt man die Mischung nun durch spektroskopische oder mikroskopische Verfahren genauer unter die Lupe, so ließen sich deutliche Änderungen in den Eigenschaften des Schwefels feststellen, so die Forscher. Nach wenigen Tagen verlöre der Schwefel seine Struktur und werde amorph. Auch der Schmelzpunkt gehe verloren. Das Phänomen, dass Schwefel sich in Kontakt mit Kohlenstoff auf solch drastische Art verändert, bezeichnen die Chemiker als Spillover.
"Wir sind sehr überrascht, dass dieser Effekt bisher übersehen wurde, da wir ihn mit relativ einfachen Untersuchungen einwandfrei feststellen konnten", sagt Adelhelm. "Wir gehen davon aus, dass dieses fundamentale Phänomen Auswirkungen auf alle Arten von Metall-Schwefel-Batterien haben, bei denen poröser Kohlenstoff zum Einsatz kommt." Deshalb müssten nun weitere Forschungen angeschlossen werden, um mehr über den hier vorhandenen Spillover-Effekt herauszufinden und ihn in Batterien eventuell nutzbar zu machen.