Technologie

Lithium und Kobalt nicht mehr notwendig? Wissenschaftler entwickeln revolutionäre Natrium-Schwefel-Batterien für E-Autos

E-Batterien aus Lithium und Kobalt verschmutzen die Umwelt, sagen Kritiker. Jetzt haben Forscher einen völlig neuen Speicher entwickelt, der nicht nur dieses Problem löst.
22.12.2021 11:00
Lesezeit: 2 min
Lithium und Kobalt nicht mehr notwendig? Wissenschaftler entwickeln revolutionäre Natrium-Schwefel-Batterien für E-Autos
Produktion von Batteriezellen im VW-Werk Salzgitter. (Foto: dpa) Foto: Julian Stratenschulte

Wissenschaftler von der Universität Austin (US-Bundestaat Texas) haben eine neuartige Natrium-Schwefel-Batterie entwickeln, die billiger herzustellen ist und deren Bestandteile leichter verfügbar sind, als das bei den bisherigen Batterien aus Lithium und Kobalt der Fall ist. Das berichtet die internationale Fachpublikation Journal of the American Chemical Society”. Die Batterie kann außer in Elektrofahrzeugen, auch in Smartphones eingesetzt werden.

Die Forscher haben in den vergangenen zwei Jahrzehnten daran gearbeitet, Batterien auf Natriumbasis bei Raumtemperatur funktionsfähig zu machen.

„Ich nenne es eine Traumtechnologie, denn Natrium und Schwefel sind reichlich vorhanden, umweltfreundlich und das Günstigste, was man sich vorstellen kann“, sagt Arumugam Manthiram, der Vertreter der Wissenschaftler. Und weiter: „Mit der zunehmenden Elektrifizierung und dem steigenden Bedarf an erneuerbaren Energiespeichern werden Kosten und Erschwinglichkeit der wichtigste Faktor sein."

Die Forscher haben die Zusammensetzung des Elektrolyts optimiert, also der Flüssigkeit, die die Bewegung der Ionen zwischen Kathode und Anode erleichtert, um das Laden und Entladen der Batterien zu stimulieren. So lösten sie das bei Natriumbatterien häufig auftretende Problem des Wachstums nadelartiger Strukturen (sogenannter Dendriten) auf der Anode, die dazu führen können, dass sich die Batterie schnell entlädt, kurzschließt und sogar Feuer fängt oder explodiert.

In früheren Elektrolyten für Natrium-Schwefel-Batterien lösten sich die aus Schwefel gebildeten Zwischenverbindungen im flüssigen Elektrolyten und wanderten zwischen den beiden Elektroden innerhalb der Batterie hin und her. Diese Dynamik, das so genannte Shuttling, kann zu Materialverlusten, zur Zersetzung von Komponenten und zur Bildung von Dendriten führen.

Damit das nicht mehr geschieht, haben die Forscher einen Elektrolyten entwickelt, der verhindert, dass sich der Schwefel auflöst, und so die Probleme des Shuttling und der Dendriten-Bildung löst. Dies ermöglicht der neuen Batterie eine längere Lebensdauer - sie zeigt über 300 Lade- und Entladezyklen hinweg eine stabile Leistung.

„Wenn man eine Menge Zucker in Wasser gibt, wird es sirupartig. Nicht alles wird aufgelöst“, sagt Amruth Bhargav, ein Doktorand. „Manche Dinge sind halb gebunden und halb aufgelöst. In einer Batterie wollen wir, dass alles halb gelöst ist.“

Der neue Batterieelektrolyt wurde in ähnlicher Weise entwickelt, indem eine konzentrierte Salzlösung mit einem inerten, unbeteiligten Lösungsmittel verdünnt wurde, wodurch der „halbgelöste“ Zustand erhalten blieb. Die Forscher fanden heraus, dass ein solcher Elektrolyt die unerwünschten Reaktionen an den Elektroden verhindert und somit die Lebensdauer der Batterie verlängert.

Der Preis für Lithium ist im vergangenen Jahr in die Höhe geschnellt, was den Bedarf an Alternativen unterstreicht. Der Lithiumabbau wird wegen seiner Umweltauswirkungen kritisiert, unter anderem wegen des hohen Grundwasserverbrauchs, der Boden- und Wasserverschmutzung sowie der Kohlenstoffemissionen. Das im Meer verfügbare Natrium ist billiger und umweltfreundlicher.

Lithium-Ionen-Batterien verwenden in der Regel auch Kobalt, das teuer ist und hauptsächlich in der Demokratischen Republik Kongo in Afrika abgebaut wird, wo es erhebliche Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit und die Umwelt hat.

Die Forscher planen, ihre Entdeckung an größeren Batterien zu testen, um festzustellen, wie sie in Hinblick auf den Einsatz in Elektrofahrzeugen am besten realisierbar ist.

Mehr zum Thema
article:fokus_txt
Anzeige
DWN
Finanzen
Finanzen Das Zeitalter des intelligenten passiven Einkommens: Bitcoin-Mining mit BlackchainMining

In der heutigen, sich rasant entwickelnden digitalen Wirtschaft sind Kryptowährungen wie Bitcoin nicht nur Vermögenswerte, sondern auch...

DWN
Unternehmen
Unternehmen Volkswagen beendet Fahrzeugproduktion: Umbaupläne für Gläserne Manufaktur in Dresden
10.12.2025

Die VW-Fahrzeugproduktion in Dresden endet aus wirtschaftlichen Gründen nach mehr als 20 Jahren. Über die Zukunft des ehemaligen...

DWN
Wirtschaft
Wirtschaft Jobabbau bei BASF und Co.: Deutsche Chemie-Industrie historisch schlecht ausgelastet
10.12.2025

Teure Energie, Wirtschaftskrise und Preisdruck: Die deutsche Chemiebranche steckt in der schwierigsten Krise seit 25 Jahren. Auch 2026...

DWN
Politik
Politik Schutz vor Einschüchterung: Bundesregierung beschließt besseren Schutz vor Schikane-Klagen
10.12.2025

Die Bundesregierung schützt Journalisten, Wissenschaftler und Aktivisten künftig besser vor sogenannten Schikane-Klagen. Mit dem Vorhaben...

DWN
Finanzen
Finanzen Kapitalmarkt 2026: Mehr Börsengänge in Deutschland und Europa erwartet
10.12.2025

Mit Ottobock, TKMS und Aumovio zählen drei deutsche Börsendebüts zu den gewichtigsten in Europa im laufenden Jahr. Doch viele...

DWN
Finanzen
Finanzen Weihnachtsfeier steuerlich absetzen: So gelingt es – Tipps vom Steuerberater
10.12.2025

Viele Unternehmen möchten ihre Weihnachtsfeier steuerlich absetzen und gleichzeitig die Kosten im Blick behalten. Eine gut geplante Feier...

DWN
Politik
Politik „Reichsbürger“-Verfahren: Prinz Reuß wird zu Vorwürfen sprechen
10.12.2025

Der mutmaßliche „Reichsbürger“ Heinrich XIII. Prinz Reuß wird zu den Vorwürfen eines geplanten „Staatsstreichs“ Stellung...

DWN
Wirtschaft
Wirtschaft KI-Blase: Warum die Rekordausgaben der Tech-Giganten zum Risiko werden
10.12.2025

Die Tech-Konzerne pumpen Milliarden in künstliche Intelligenz und treiben ihre Investitionslast auf historische Höhen. Doch aus dem...

DWN
Politik
Politik Kampf gegen den Klimawandel: EU-Einigung auf Klimaschutzziel für 2040
10.12.2025

Die neuen Klimaziele der EU stehen fest: Der Treibhausgasausstoß soll bis 2040 um 90 Prozent im Vergleich zu 1990 sinken. Bei der...