Darum gilt die Lithium-Schwefel-Batterie als Hoffnungsträger

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Es muss nicht immer nur Lithium sein. Forscher haben soeben auf Basis von Lithium-Schwefel zyklenstabile Batteriezellen mit hohen Energiedichten von mehr als 400 Wh/kg entwickelt. Weitere Fortschritte in der Batterietechnik könnte die Elektromobilität in Kürze gesellschaftsfähig machen.

Lithium-Ionen-Batterien werden als der wichtigste Türöffner für die Zukunft batterieelektrischer Fahrzeuge angesehen, schreibt Reiner Korthauer gleich zu Beginn seiner Einleitung für das „Handbuch Lithium-Ionen-Batterien“. Später lässt er führende Batterieexperten zu Wort kommen, die einen detailreichen Einblick in die aktuelle Forschung elektrischer Energiespeicher geben. Die dort genannten Fakten geben bereits Anlass zur Hoffnung, dass die batterieelektrische Mobilität alltagstauglich wird. Denn noch immer sind es die Kosten der Hochvolt-Traktionsbatterie, die keine günstige Elektromobilität erlaube und die Reichweite begrenze.

Weil die „in diesen Fahrzeugen eingesetzten elektrischen Energiespeicher bis auf wenige Ausnahmen auf der heute verfügbaren Lithium-Ionen-Technologie basieren werden“, wie es Peter Lamp in Kapitel „Anforderungen an Batterien für die Elektromobilität“ schreibt, konzentriert sich auch die aktuelle Forschung hauptsächlich auf diese Batterietechnik – allerdings mit unterschiedlichen Ansätzen.

3000 Ladezyklen und leistungsstabil

So plant das japanische Start-up Power Japan Plus noch in diesem Jahr, eine neuartige Kohlenstoff-Batterie (Ryden-Dual-Carbon-Batterie) auf den Markt zu bringen, die sich laut Unternehmen rund 20 Mal schneller laden lässt als ein Standard-Akku und selbst nach 3000 Ladezyklen leistungsstabil bleibt. Auch kündigte der japanische Chemiekonzern Sekisui Chemical an, dank neuer Materialien, die Kapazität von Lithium-Ionen-Batterien verdreifachen zu können. Die Chemiker wollen zudem durch eine Schichtbauweise die Speicherkosten pro kWh um 60 % senken.

Und soeben meldet das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS, eine zyklenstabile Batteriezellen mit hohen Energiedichten von mehr als 400 Wh/kg entwickelt zu haben. Die Forscher halten die Lithium-Schwefel-Batterie als Hoffnungsträger einer sich eher langsam entwickelnden Elektromobilität. Seit fünf Jahren sie an der Entwicklung geeigneter Elektrodenmaterialien und Produktionsverfahren für eine kostengünstige Hochenergiezelle auf Basis der Lithium-Schwefel-Technologie. Dazu verbesserten sie die
Elektrodenmaterialien und bauten damit Prototypzellen auf, die neben einer hohen Kapazität über 4000 reversible Lade- / Entladezyklen erreicht haben.

Spezifische Energiedichten von über 600 Wh/kg

Aufbauend auf diesen Ergebnissen arbeiten nun im Rahmen des strategischen Eigenforschungsprojektes „LiScell“ vier Fraunhofer-Institute unter der Leitung des Fraunhofer IWS an weiterführenden Fragestellungen zur Materialentwicklung, skalierbaren Herstellungsverfahren für Anoden und Kathoden als Rollenware und zum Aufbau von Zellen sowie Modulen inklusive eines Batteriemanagementsystems.

Hohe spezifische Energiedichten von über 600 Wh/kg werden für Li-S-Zellen zukünftig erwartet, was gegenüber Li-Ionen-Technologie mit maximal 250 Wh/kg einer erheblichen Steigerung der Reichweite für Elektrofahrzeuge gleichkommen würde. Zugleich wird das teure Kathodenmaterial herkömmlicher Li-Ionen-Zellen durch kostengünstigen, ungiftigen und nahezu unbegrenzt verfügbaren Schwefel abgelöst.