Höhere Energiedichte und nachhaltiger? Lithium-Schwefel-Akkus machen Fortschritt
Moderne Akkus benötigen verschiedene, immer teurer werdende Metalle und sind zu schwer, um sie sinnvoll in der Luft- und Schifffahrt einzusetzen. Lithium-Schwefel-Akkus sollen es deutlich besser machen als die aktuellen Lithium-Ionen-Stromspeicher, wenn denn nur eine Schwachstelle nicht wäre. Forscher arbeiten jedoch an einer Lösung.
Lithium-Ionen-Akkus stecken in zahllosen Geräten, allen voran in unseren Smartphones. Doch auch bei der Elektromobilität sollen sie eine große Rolle spielen. Perfekt ist diese Technologie jedoch nicht. So sind viele der eingesetzten Metalle nicht nur sehr kostspielig, sie werden zum Teil auch alles andere als nachhaltig abgebaut. Hinzu kommt das hohe Gewicht: Ein mit Akkus betriebener Jumbojet wäre viel zu schwer für längere Reisen. Mehr Kapazität und Nachhaltigkeit stellen sogenannte Lithium-Schwefel-Akkus in Aussicht.
Derartige Akkus versprechen eine gegenüber Lithium-Ionen-Stromspeicher dreifach höhere Energiedichte. Auch sollen Nickel, Kobalt und Mangan nicht mehr erforderlich sein, sondern der auf dem Planeten reichlich vorhandene und in der Regel leicht zugängliche Schwefel. Die Produktion wäre damit sowohl preiswerter als auch umweltfreundlicher. Doch während Lithium-Ionen-Batterien gut 2.000 Ladezyklen aushalten können, sind es bei Lithium-Schwefel-Energiespeichern nur halb so viele.
Lithium-Schwefel-Akkus: Leichter, billiger und vielleicht auch häufiger aufzuladen
Um dieses Problem zu beheben, versuchen Forscher der Drexel University den Prozess zu verlangsamen, durch den beim Laden und Entladen der Batterie Polysulfide entstehen. Diese Kristalle entziehen der Elektrode Schwefel und verursachen letztlich einen massiven Kapazitätsverlust. Als Lösung war angedacht, Schwefel mit Hilfe einer Aufdampfungstechnik in ein Kathodensubstrat aus Kohlenstoffnanofasern einzuschließen. Doch obwohl es nicht gelang, den Schwefel in das Nanofasernetz einzubetten, lief das Endergebnis erstaunlich gut.
Bei weiteren Untersuchungen entdeckte das Team schließlich, dass der Schwefel während des Prozesses der Ablagerung auf der Kohlenstoff-Nanofaseroberfläche - bei dem er sich von einem Gas in einen Feststoff verwandelte - auf unerwartete Weise kristallisierte und eine leichte Variation des Elements bildete: monokliner Gamma-Phasen-Schwefel. Diese chemische Phase des Schwefels, die nicht mit dem Karbonat-Elektrolyten reagiert, war bisher nur bei hohen Temperaturen im Labor entstanden oder auch in der extremen Umgebung von Ölbohrungen beobachtet worden.
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Rahul Pai, Doktorand in der Abteilung für Chemie- und Bioingenieurwesen und Mitautor der Studie: "In den letzten 100 Jahren gab es nur eine Handvoll Studien, die monoklinen Gamma-Schwefel herstellten, und er war höchstens 20 bis 30 Minuten stabil. Aber wir hatten ihn in einer Kathode erzeugt, die Tausende von Lade- und Entladezyklen durchlief, ohne dass die Leistung nachließ - und ein Jahr später zeigt unsere Untersuchung, dass die chemische Phase gleich geblieben ist." Tatsächlich soll die Schwefelkathode 4.000 Ladezyklen ausgehalten und sich bis heute nicht verschlechtert haben. Das entspräche einer regelmäßigen Nutzung von zehn Jahren - trotz dreifach so hoher Kapazität wie bei einer Li-Ionen-Batterie.
"Wir arbeiten zwar noch daran, den genauen Mechanismus zu verstehen, der hinter der Bildung dieses stabilen monoklinen Schwefels bei Raumtemperatur steht, aber dies ist eine aufregende Entdeckung, die eine Reihe von Türen für die Entwicklung einer nachhaltigeren und erschwinglicheren Batterietechnologie öffnen könnte", so Kalra. Kalra zeigt sich zudem überzeugt, dass ihr Überraschungsfund auch dabei helfen wird, bei der Erforschung von Ersatzstoffen für die Lithiumanode voranzukommen. Denkbar wäre zum Beispiel der Einsatz des in der Natur viel besser verfügbaren Natriums.
Quelle: Drexel
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Weniger erfreulich ist allerdings der Umstand, daß Meinungen und "echte" Sachverhalte recht kunterbunt dabei durcheinander geworfen werden.
Wie heißt es noch? -> ... wenn Theorie und Realität aufeinander treffen, sieht es schlecht für die Realität aus ...
PS: Wir sollten (jedenfalls in diesem Forum?) mehr Realität beachten, und das klappt nicht immer über Links im Netz als Argument, sondern über einen unterstellten gemeinsamen Fundus an Allgemeinwissen.
Der ultimative Vorteil ist, neben der Umweltfreundlichkeit, der Preis. Günster geht es nur noch mit dem Fahhrrad, eScooter oder zu Fuß.
Solange es keine selbstfahrenden Autos gibt, die man rufen kann und die sich selbst wieder wegfahren, sehe ich da schwarz.
Nicht wirklich. Man unternimmt einfach nicht die nötigen Schritte. Wir bräuchten genug Stromtrassen, um den Norden vom Süden aus zu versorgen und umgekehrt. Bei den wenigen, die im Bau sind, wir seit etwa 20 Jahren herumgepfuscht und es ist zu bezweifeln, dass diese in nächster Zeit in Betrieb gehen.
Dann braucht man auch noch Wasserstoff, mit genug Speicherkapazitäten für ein halbes Jahr, nur für den Strom. Jede kWh muß im Sommer doppelt erzeugt werden, da der Wasserstoffspeicher nur einen Wirkungsgrad von 50% hat.
Dann müßte man einen Zubau der Erneuerbaren hinlegen, wie ihn die Welt noch nicht gesehen hat. Die Realität sind nunmal, dass der Zubau seit 2000 gerade einmal die Kernkraftwerke ersetzt, die ehemals 33% beigesteuert haben.
Wir dürften 2040 ähnlich dumm dastehen, wie heute auch. Irgendwann wird man es eventuell kapieren, dass das Murks ist. Dann bekommen wir es in Europa hoffentlich auch wieder hin Kernkraftwerke in 5-10 Jahren zu bauen, eventuell ist dann auch schon die Kernfusion einsatzbereit.
Wir brauchen aber auch kleinere Autos und da wird es richtig verrückt wenn ich ein Pendelkfz suche das minimalen Platz und Energie auskommt lande ich bei teuren Exoten wie dem Twike oder noch Start Ups wie Microlino.
Ja Citroen hat den Ami rausgebracht, aber das ist ein 45er. Für viele sicherlich in Ordnung mMn. braucht man 90.
Dazu noch massiv Carsharing und das auch auf dem Land.
Wobei es für einige Zwecke ja auch Alternativen gibt wie Na Ion, das erwähnten [Ins Forum, um diesen Inhalt zu sehen] und ich schon mehrmals.
Man muß sich nicht die Videos von Thunderf00t ansehen, um zu erkennen, dass das so nichts werden wird. Aber man kann es noch als coole PR Aktion durchgehen lassen
Ich habe damit nix am Hut.
Also komm mal runter und lies gefälligst, was ich schreibe, ich schrieb es gibt da per Zufall mehrere Arbeitsgruppen...
Die TUM ist per se groß..
35°C heißes Wasser und effizienter Stromspeicher schließt sich schon thermodynamisch aus! Eventuell auf dem Pluto, da hat man dann eine Temperaturdifferenz von über 250°K. Zum Vergleich, beim Polarkraftwerk (Temperaturdifferenz 25°K) strebt man einen elektrischen Wirkungsgrad von 4% an, 6-7% sind an in der Theorie machbar.
Du willst mir allen ernstes erzählen, dass ihr das als Stromspeicher nutzen wollt ?!?
Habt ihr noch nie etwas von Thermodynamik gehört? Was wird bei euch gelehrt? Alchemie und Wahrsagerei?
Bitte laß das einen Scherz sein.
Nicht falsch verstehen: die Technologie hat ihre Berechtigung, nur eben nicht als "effizienter Stromspeicher". Das ganze ist übrigens schon als Meereswärmekraftwerk erforscht, da bräuchte es noch Geld für ein paar Pilotanlagen.
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Das ganze ist nach der Wende in Verruf geraten, in einem Plattenbau zu wohnen wurde mit "Assi", der Arbeitslos um 10 Uhr auf dem verfallenen Hauptlatz sein Bier trinkt, gleichgesetzt. Wer es sich leisten konnte, ist weggezogen, viele wurden abgerissen. Es gibt keine einzige Partei, die sich für so ein Wohnkonzept einsetzt. Das ganze "weg vom Individualverkehr" ist Grünes Blabla. Eine nette Utopie, wie eine Welt ohne Waffen, in der sich alle lieb haben, nur sollte man der Realität ins Auge blicken.
Diese Realität ist nunmal, dass 82% der Personenkilometer mit dem Auto zurückgelegt werden. Selbst wenn man die Alternativen, wozu mit 2% der innerdeutsche Flugverkehr zählt, um 50% erhöhen würde, so hätte das Auto, mit 73% immer noch eine extreme Mehrheit. Mal ganz davon abgesehen, dass der ÖPNV dann aus allen Nähten platzen wird und es momentan nichtmal genug Personal gibt.
Fakt ist, dass das eAuto die Schlüsselposition innehat. Wenn es scheitert, dann scheitert alles, wenn es ein Erfolg wird, dann ist der Rest nichtmehr so wichtig.
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Du hast von der geplanten Technik keine Ahnung.
Ich bin in einer internationalen Arbeitsgruppe für nachhaltige Technologien und führend für den Baubereich zuständig.
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Die NASA erreicht, mit ihren "Plutoniumbatterien" Wirkungsgrade von 8% und ich bezweifle, dass man damit so hohe Temperaturen hinbekommt.
Das ganze ist eventuell für das sogenannte "Energy Harvesting" interessant, wenn man es komplett ohne bewegliche Teile hinbekommt. Wobei die Lücke schon von den PV Zellen, mit Kondensator, besetzt ist.
Für eine ernsthafte Stromversorgung nicht zu gebrauchen.
Was spricht für normal denkende Menschen dagegen, das auch an anderen Alternativen geforscht wird und wie es Compi gesagt hat, eher die Möglichkeit besteht das es einen ganzen Strauß von "Akkus" in der Zukunft geben wird.
Wenn jemand jedoch Dinge behauptet, die (sehr freundlich gesagt) vorne und hinten nicht wahr sind, dann werde ich widersprechen und die Sache richtig stellen. Wenn sich jemand, der wirklich keine Ahnung hat, extrem weit aus dem Fenster lehnt, dann werde ich auch da deutlich widersprechen.
All meinen Aussagen sind jeweils mit guten Argumente unterlegt.