Forschung -

Ist Seetang die Lösung für Lithium-Schwefel-Batterien?

Lithium-Schwefel-Batterien haben gute Chancen, als kostengünstige Energiequelle mit hoher Leistungsfähigkeit im Markt der Energiespeicher eine wichtige Rolle zu spielen. Aber sie leiden unter erheblichen Kapazitätsverlusten. Nunmehr entdeckten Forscher von Berkeley Lab eine überraschende Lösung für dieses Problem.

Bei den Forschungsarbeiten unter Leitung von Dr. Gao Liu entdeckte man unerwartet, dass Carrageenan, ein Seetangderivat, als Stabilisator in Lithium-Schwefel-Batterien agiert.

Eine höhere Stabilität bringt mehr Zyklen und eine verbesserte Lebenszeit mit sich. Die Studie wurde unter dem Titel: "Nucleophilic substitution between polysulfides and binders unexpectedly stabilizing lithium sulfur battery" in 'Nano Energy' veröffentlicht.

"Es gibt einen hohen Bedarf an Energiespeicherung, aber es gibt nur wenig Chemie, die das Kostenziel erreichen kann", sagte Dr. Lui. "Schwefel ist ein sehr billiges Material - es gibt es praktisch umsonst."

"Und die Energiespeicherkapazität ist gegenüber Lithium-Ionen-Batterien wesentlich höher. Lithium-Schwefel ist also eine Chemie, die potenziell das Kostenziel erreichen kann."

Wiederaufladbare Lithium-Schwefel-Batterien werden derzeit kommerziell nur bedingt eingesetzt, aber der kritische "Killer" in dieser Chemie besteht darin, dass der Schwefel anfängt, sich aufzulösen und damit den Polysulfid-Shuttleeffekt erzeugt.

Um dieses Problem zu lösen, experimentierte man mit dem Bindemittel. Das ist die Substanz, die alle aktiven Materialien in einer Batterie zusammenhält.

Liu: "Das Bindemittel ist wie ein Kleber, und normalerweise verlangen Batteriedesigner einen inerten Kleber. Der von uns untersuchte Binder funktionierte jedoch sehr gut. Wir entdeckten dabei, dass er sofort mit dem Polysulfid reagierte. Er bildete eine kovalente Bindestruktur."

Durch die chemische Reaktion mit dem Schwefel konnte das Bindemittel die Auflösung des Schwefels verhindern. Nachdem das bekannt war, suchten die Forscher nach einem natürlichen Material, das die gleiche Wirkung mit sich bringen würde.

Man stieß auf Carrageenan, eine Substanz, die aus dem roten Seetang extrahiert wird und sich in der gleichen Funktionsgruppe wie der synthetisierte Polymer befindet, mit dem man ursprünglich bei den Experimenten arbeitete.

General Motors, ein industrieller Forschungspartner der "Energy Storage & Distributed Resources Division" des Berkeley Labs, bestätigte diese Forschungserkenntnisse durch eigene Experimente.

Lithium-Schwefel-Batterien haben gegenüber Lithium-Ionen-Batterien eine mehr als doppelte Energiedichte. Sie sind zudem wesentlich leichter. Lithium-Schwefel-Batterien lieferten die Nachtzeit-Energie für den 14-Tage-Flug des unbemannten Fliegers Zephyr im Jahr 2010.

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