Ein Fraunhofer-Mitarbeiter besichtet im Rolle-zu-Rolle-Verfahren elektroden für Lithium-Schwefel-Akkus. Foto: Jürgen Jeibmann/ Fraunhofer IWS
Dresdner Schwefel-Akku soll Reichweite verdoppeln
Dresden, 3. April 2013: In den meisten Elektroautos, Computertelefonen und Notebooks liefern heute Lithium-Ionen-Akkus die Energie. Die sind allerdings recht teuer, schwer und können pro Akku-Kilogramm höchstens 250 Wattstunden speichern. Über 100 bis 200 Kilometer Reichweite kommt damit kaum ein E-Automobil hinaus. Ein neues Batterie-Design aus Dresden könnte dies bald ändern: Forscher des Fraunhofer-Instituts für Werkstoff- und Strahltechnik (IWS) haben einen Lithium-Schwefel-Akkumulator konstruiert, der den alten Nachteil dieser Technologie – die recht kurze Lebensdauer – überwindet, aber billiger, leichter und leistungsfähiger als seine Lithium-Ionen-Brüder ist.
Silizium und Kohlenstoff machen Batterie haltbarer
„Bisher kam man bei Tests kaum über 200 Lade-Zyklen hinaus“, beschreibt IWS-Wissenschaftler Dr. Holger Althues das bisherige Problem mit den Schwefel-Akkus. „Durch eine besondere Kombination aus Anoden- und Kathodenmaterial konnten wir nun die Lebensdauer von Lithium-Schwefel-Knopfzellen auf 1400 Zyklen ausdehnen.“ Statt aus metallischem Lithium konstruierten die Dresdner ihre Batterie-Anode aus einer Silizium-Kohlenstoff-Verbindung, die sich weniger verformt und damit ein Austrocknen oder Zuwachsen des Stromspeichers verlangsamt. Für den anderen Strompol, die Kathode, fütterten sie durchlässigen Kohlenstoff mit elementarem Schwefel. Dieser ist – anders als das bei Lithium-Ionen-Akkus übliche Kobalt – nahezu unbegrenzt verfügbar und eben billiger. Auch dies treibt die Lebensdauer des neuen Akkus nach oben.
In dieser Technologie, davon sind die Fraunhofer-Wissenschaftler überzeugt, lassen sich perspektivisch Akkus herstellen, die pro Kilogramm 500 bis 600 Wattstunden Stromenergie speichern können – doppelt soviel wie heutige Lithium-Ionen-Vertreter. Anders ausgedrückt: Ein solcherart gerüstetes E-Auto oder Smartphone würde doppelt so lange durchhalten wie herkömmliche Modelle. Die Fraunhofer-Gesellschaft bezeichnete die IWS-Entwicklung als einen „Durchbruch“ für diese Akku-Technologie.
Auch Redox-Flow-Speicher im Blick
Die Dresdner Fraunhofer-Institute forschen bereits seit geraumer Zeit an alternativen Energiespeichern: sowohl für den mobilen Einsatz in Handy und Autos wie auch für stationäre mittlere E-Speicher, wie sie im Zuge der Energiewende gebraucht werden, um die Netzschwankungen bei Windkraft- und Solarstrom-Einspeisungen auszugleichen (Wir berichteten). Neben Lithium-Schwefel-Akkus haben sie dabei auch verbesserte Lithium-Ionen-Batterien, Redox-Flow-Akkus und andere Wege im Visier. Für diesen Schwerpunkt entsteht derzeit auf dem Fraunhofer-Campus in Dresden-Gruna ein spezielles „Zentrum für Batterieforschung“.
Marktanteil der E-Autos verharrt bisher im Promille-Bereich
Die geringe Reichweite und die hohen Kosten heutiger Akkus gelten als ein wesentliches Hemmnis für den Markt-Durchbruch von Elektro-Autos. Derzeit werden nur rund 6400 von insgesamt über 40 Millionen Autos auf Deutschlands Straßen elektrisch angetrieben. Heiko Weckbrodt
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