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
DWN
Finanzen
Finanzen US-Börsenbericht: S&P 500 erreicht Rekordhoch – Aktien steigen wegen Verlängerung der Iran-Waffenruhe und starken Quartalszahlen
22.04.2026

Spannende Entwicklungen an der Wall Street: Erfahren Sie, welche Dynamiken den Markt aktuell beherrschen und warum Investoren jetzt genau...

DWN
Wirtschaft
Wirtschaft Wirtschaftswende abgesagt: Deutschland erwartet Mini-Wachstum und halbiert Konjunkturprognose
22.04.2026

Nicht nur die Folgen des Iran-Kriegs bremsen die Konjunktur in Deutschland weiter aus. Die Bundesregierung rechnet nur noch mit einem...

DWN
Politik
Politik Kein Öl mehr aus Kasachstan: Russland stoppt Lieferung nach Deutschland
22.04.2026

Ab kommender Woche wird kein Öl aus Kasachstan mehr durch die Pipeline Druschba nach Deutschland und zur PCK-Raffinerie in Schwedt...

DWN
Politik
Politik Ungarn gibt Ukraine-Blockade auf: EU-Milliarden und neue Sanktionen gegen Russland kommen
22.04.2026

Der Weg für den 90 Milliarden schweren EU-Kredit sowie für weitere Russland-Sanktionen ist frei. Die Hälfte des Geldes soll bereits in...

DWN
Immobilien
Immobilien Bund als Wohnungsbauer? Regierung plant Bundesbaugesellschaft
22.04.2026

Wenn Wohnraum knapp wird, steigen die Preise: In Deutschland fehlen 1,4 Millionen Wohnungen zugleich verteuern sich die Mieten vor allen in...

DWN
Politik
Politik Zwischen Datenschutz und Kontrolle: EU-App zur Altersprüfung im Internet kommt
22.04.2026

Um den Jugendschutz im Internet zu verbessern, hat die EU eine App zur Altersverifizierung entwickelt. Die Lösung, die Ursula von der...

DWN
Unternehmen
Unternehmen Flugstreichungen: Lufthansa streicht 20.000 Flüge bis Oktober
22.04.2026

Die Schließung der Cityline reißt Lücken ins Lufthansa-Netz. Was heißt das konkret für die nächsten Monate und ihre Urlaubspläne?

DWN
Wirtschaft
Wirtschaft Übernahme durch UniCredit: Welche Rolle spielt die Commerzbank-Aktie?
22.04.2026

Im Ringen um die Commerzbank-Übernahme verschärfen sich die Fronten, während UniCredit auf Kontrolle drängt und die mBank für den...