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
Wirtschaft
Wirtschaft Iran-Krieg setzt Märkte unter Druck: Warum Ölpreise steigen und Aktien fallen
31.03.2026

Ein Monat nach Beginn des Iran-Kriegs geraten Finanzmärkte, Aktien und Energiepreise weltweit unter spürbaren Druck. Welche konkreten...

DWN
Wirtschaft
Wirtschaft Volkswagen Rüstungsindustrie: Warum der Autobauer auf Waffen setzt
31.03.2026

Volkswagen steht vor einem historischen Kurswechsel und prüft den Einstieg in die Rüstungsproduktion. Was als Rettung für Arbeitsplätze...

DWN
Wirtschaft
Wirtschaft Syrische Fachkräfte: Stütze für den deutschen Arbeitsmarkt
31.03.2026

Syrer sind für Deutschland zum unverzichtbaren Wirtschaftsfaktor geworden. Laut Bundesagentur für Arbeit leisten bereits 320.000 syrische...

DWN
Panorama
Panorama Sparsames Osterfest: Fast jeder Zweite plant geringere Ausgaben
31.03.2026

Die Kauflaune der Deutschen erfährt zum Osterfest einen deutlichen Dämpfer. Laut einer aktuellen YouGov-Umfrage plant mit 40 Prozent ein...

DWN
Wirtschaft
Wirtschaft US-Börsen geraten unter Druck: Welche Chancen Anleger jetzt nutzen können
31.03.2026

Geopolitische Spannungen belasten die US-Börsen und verschieben die Kräfteverhältnisse an den Finanzmärkten spürbar. Welche Dynamiken...

DWN
Wirtschaft
Wirtschaft Ostdeutsche Wirtschaft tritt auf die Bremse: Geschäftsklima sinkt erneut
31.03.2026

Die konjunkturelle Stimmung in Ostdeutschland hat sich im März leicht eingetrübt. Laut aktuellen Daten des Ifo-Instituts Dresden sank der...

DWN
Politik
Politik Ost-West-Pipeline gewinnt an Bedeutung: Saudi-Arabien umgeht Straße von Hormus
31.03.2026

Saudi-Arabien erhöht mit der Ost-West-Pipeline seine Exportkapazität und umgeht damit gezielt die Straße von Hormus als geopolitisches...

DWN
Finanzen
Finanzen Schuldenberg wächst: Bundeshaushalt verzeichnet Rekordplus an Krediten
31.03.2026

Deutschlands Staatsschulden sind im Jahr 2025 massiv um 144 Milliarden Euro angestiegen. Wie die Bundesbank mitteilt, ist dieser Zuwachs...