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 Shein an der Börse: Wer bei Fast Fashion jetzt vorn liegt
05.09.2026

Der chinesische Konzern Shein hat sich an der Börse den größten Namen der Fast Fashion angeschlossen. Doch wie läuft es bei seinen...

DWN
Politik
Politik 37 Jahre alt und rund 15 Milliarden Euro schwer: Das ist Mario Draghis neuer Partner
05.09.2026

Der frühere EZB-Chef und ehemalige italienische Ministerpräsident Mario Draghi hat sich mit einem irischen Tech-Milliardär...

DWN
Unternehmen
Unternehmen Bahn-Sanierung ohne monatelange Vollsperrungen: VCD legt Gegenentwurf vor
05.09.2026

Die Bahn will ihr marodes Schienennetz mit groß angelegten Generalsanierungen zuverlässiger machen. Doch das bisherige Konzept bringt...

DWN
Finanzen
Finanzen Restaurant-Aktien: Zwei Wachstumswetten für die nächsten 20 Jahre
05.09.2026

Tech-Aktien gelten als erste Adresse für spektakuläres Wachstum. Doch zwei Restaurantketten aus den USA könnten Anlegern langfristig...

DWN
Unternehmen
Unternehmen Deepal S05 im Test: Der Chinese, der keiner sein will
05.09.2026

Der Deepal S05 kommt aus China, trägt aber deutlich europäische Züge. Entworfen wurde der Elektro-SUV in Turin, und genau das merkt man...

DWN
Politik
Politik Landtagwahl in Sachsen-Anhalt: Was Sie über die Sachsen-Anhalt-Wahl wissen sollten
05.09.2026

Sachsen-Anhalt steht vor einer Wahl, deren Folgen weit über Magdeburg hinausreichen könnten. Die AfD liegt vorn, mögliche Mehrheiten...

DWN
Finanzen
Finanzen Anleihen: Warum Schulden so teuer sind wie lange nicht
05.09.2026

Die Renditen langfristiger Staatsanleihen großer Volkswirtschaften sind auf Niveaus gestiegen, die teils seit der Finanzkrise nicht mehr...

DWN
Technologie
Technologie Biometrie-Panne: Die gefährlichste Rolle ist der Zwilling
05.09.2026

Manche Dinge sind offenbar selbst für die klügsten Systeme eine zu große Herausforderung. Und dies ist eine Glosse genau über diese...