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
Bleiben Sie über das Thema dieses Artikels auf dem Laufenden Klicken Sie auf [+], um eine E-Mail zu erhalten, sobald wir einen neuen Artikel mit diesem Tag veröffentlichen
Anzeige
DWN
Technologie
Technologie Brady TwinLead: Wenn das Etikett plötzlich mitdenkt

Ein Etikett bleibt am Produkt, doch die Informationen dahinter können sich verändern. Mit TwinLead verbindet Brady physische...

X

DWN-Wochenrückblick

Weniger E-Mails, mehr Substanz: Der DWN-Wochenrückblick liefert 1x/Woche die wichtigsten Themen kompakt als Podcast. Für alle, deren Postfach überläuft.

E-mail: *

Ich habe die Datenschutzerklärung sowie die AGB gelesen und erkläre mich einverstanden.

DWN
Politik
Politik Tabaksteuer: Zigaretten dürften bald sehr viel teurer werden
15.10.2026

Millionen Menschen rauchen in Deutschland, das beschert dem Fiskus Jahr für Jahr Milliardeneinnahmen. Künftig möchte der Bund noch mehr...

DWN
Politik
Politik EU-Haushalt 2028-2034: Nichts im Leben ist umsonst
15.10.2026

Vor der entscheidenden Phase der Verhandlungen über den siebenjährigen EU-Haushalt 2028 bis 2034 sollte man das deutsche Sprichwort auch...

DWN
Finanzen
Finanzen US-Märkte: Nasdaq und S&P 500 sacken ab, während Inflationssorgen steigen
14.10.2026

Welche Entwicklungen die Märkte jetzt erschüttern und wo sich überraschende Chancen auftun.

DWN
Politik
Politik Wie gewinnt man den nächsten Krieg? Ex-US-Verteidigungsminister Austin erläutert in Warschau die NATO-Strategie
14.10.2026

Der pensionierte General Lloyd Austin, der unter Präsident Joe Biden US-Verteidigungsminister war, hat beim Warsaw Security Forum die...

DWN
Finanzen
Finanzen Goldpreis aktuell unter Druck: Nach US-Inflationsschub blicken Anleger auf die Fed
14.10.2026

Der Goldpreis tendiert am Mittwochnachmittag in der Verlustzone, weil höhere US-Verbraucherpreise die Hoffnung auf eine Zinssenkung...

DWN
Politik
Politik Trumps Vereinbarung mit Putin dreht sich um weit mehr als Diesel
14.10.2026

Donald Trumps Diesel-Abkommen mit Wladimir Putin wirkt auf den ersten Blick widersprüchlich: US-Gesetze begrenzen russische...

DWN
Technologie
Technologie Starlink in der Ukraine: Streit um neue Geschwindigkeitsgrenze
14.10.2026

In der Ukraine wächst der Ärger über eine offenbar neue Einschränkung beim Satelliteninternet Starlink. Nach Angaben aus dem Umfeld von...

DWN
Politik
Politik Zuckersteuer beschlossen: Kabinett bringt Extra-Steuer auf den Weg
14.10.2026

Zwischendurch hatte das Kanzleramt sie gestoppt, das Finanzministerium musste nacharbeiten - jetzt ist die Zuckersteuer in der...