08.05.2017, 17:15 Uhr

Quarz könnte Lithium-Schwefel-Akkus zum Durchbruch verhelfen

Lithium-Schwefel-Akkus können theoretisch deutlich mehr Energie liefern als die heutigen Lithiumionen-Akkus. Allerdings schwächeln sie bereits nach wenigen Ladezyklen. Das liesse sich mit Quarzpulver bremsen, berichten Forschende des Paul Scherrer Instituts PSI.
Für den breiten Einsatz wie in Elektroautos sind Lithium-Schwefel-Akkus bisher nicht geeignet. Zwar könnte man damit wohl theoretisch weiter fahren, bevor man den Akku wieder laden muss. Dafür nimmt die Kapazität bei wiederholtem Aufladen relativ schnell ab. Heutige Prototypen halten bei weitem nicht so viele Ladezyklen durch wie die gängigen Lithiumionen-Akkus. Auch liefern sie bisher nur einen Bruchteil der theoretisch möglichen Energie. Ein Forscherteam vom Paul Scherrer Institut PSI hat mittels eines auf Röntgenlicht basierenden Verfahrens die Vorgänge in einem solchen Akku untersucht, wie das Forschungsinstitut am Montag mitteilte. So stellten sie fest, wie Veränderungen der Lithium-Schwefel-Verbindungen zum Kapazitätsverlust führen. Davon berichten sie im Fachblatt Nature Energy.

Quarzpulver «reinigt» das Akku-Innere

Es gibt aber eine Möglichkeit, den Verlust zu bremsen: Setzt man dem Elektrolyten, der flüssigen Komponente des Akkus, gewöhnliches Quarzpulver zu, verlangsamt sich nicht nur den Kapazitätsverlust, sondern die verfügbare Energie nimmt auch zu. «Mit diesem Zusatz leistet ein Lithium-Schwefel-Akkus 25 bis 30 Prozent mehr», sagte Studienautorin Claire Villevieille vom PSI gemäss der Mitteilung desselben. Beim Betrieb des Lithium-Schwefel-Akkus entsteht eine Art «Schmutz», der die Kapazität sinken lässt. Genauer gesagt handelt es sich um sogenannte Polysulfide, die ein gewöhnlicher Bestandteil des Akkus sind, aber teils unerwünscht in den Elektrolyt übergehen. Dann können sie sich beim Laden und Entladen zwischen den Elektroden hin und her bewegen und sich an der Lithium-Elektrode ablagern. Dadurch verringere sich die Menge des zur Verfügung stehenden Schwefels und damit die Kapazität, schrieb das PSI. Quarzpulver könne das jedoch verhindern, indem es die Polysulfide binde und das Akku-Innere länger «sauber» und funktionstüchtig halte.

Zufallsfund bei der Analyse

Auf diese säubernde Wirkung stiessen die Forschenden durch Zufall: Normalerweise lassen sich mit dem verwendeten Röntgen-Analyseverfahren - der «Röntgendiffraktion» ? keine flüssigen Komponenten beobachten. Um die Polysulfide dennoch untersuchen zu können, tauchten die Forscher Glasfasern in den Elektrolyt. Dabei stellten sie fest, dass die Glasfasern die unerwünschten Ablagerungen der Polysulfide verringerten. Da Glas hauptsächlich aus Quarz besteht, testeten sie daraufhin den Effekt von Quarzpulver und konnten dessen positive Auswirkungen genauer analysieren.


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