Zinn-Schwefel-Lithiumionen-Akku als Alternative zu Lithium-Akkus

Wissenschaftler in aller Welt arbeiten derzeit an Techniken für leistungsfähige, leichte und langlebige Akkus. Jetzt haben italienische Forscher zwei Technologien zu einem neuartigen Akku gekreuzt, den Zinn-Schwefel-Lithiumionen-Akku, der eine deutlich höhere Energiedichte verspricht.

Bruno Scrosati und Jusef Hassoun von der Universität Rom haben die Vorteile eines Lithium-Ionen-Akkus und eines Lithium-Schwefel-Akkus kombiniert. Letzterer hat zwar eine höhere Energiedichte als ein Lithium-Ionen-Akku. Das Problem ist aber, dass sich seine Elektroden mit der Zeit auflösen.

Außerdem können Lithiumelektroden Verästelungen, sogenannte Dendriten ausbilden, die Kurzschlüsse verursachen können. Daher enthalten  die Elektroden kommerzieller Lithium-Akkus kein Metall, sondern ein Material, das Lithiumionen aufnehmen und wieder freigeben kann, oft Graphit.

Abb.: Die theoretische spezifische Energie der Zinn-Schwefel-Lithiumionenbatterie ist mit etwa 1000 Wh/kg fünfmal höher als bei gängigen Batterien mit Schichtmaterialien.
(Bild: Jusef Hassoun, Bruno Scrosati)

Der elektrochemische Prozess des neuen Akkus läuft folgendermaßen ab: An der Kathode wird Lithiumsulfid in elementaren Schwefel und Lithiumionen gespalten. Dabei werden Elektronen abgegeben. Die Lithiumionen wandern durch die Elektrolytmembran zur Anode, wo sie Elektronen aufnehmen und zu ungeladenen Lithiumatomen werden. Letztere werden von den Zinn-Nanopartikeln der Anode in Form einer Legierung gebunden. Der Prozess ist reversibel, sodass der Akku immer wieder aufgeladen werden kann. Mit einer spezifischen Energie von ca. 1100 Wh/kg übertrifft die neue Zelle alle bisherigen lithiummetallfreien Akkus. Mit dieser hohen Energiedichte könnte der neue Akku sich auch als Stromquelle der Wahl für elektrische Fahrzeuge etablieren. ¹