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Steht der Durchbruch in der Batterietechnologie bevor?Forscher entwickelten bisher leistungsfähigsten Lithium-Schwefel-Akku

Leichter, günstiger, umweltfreundlicher: Lithium-Schwefel-Akkus haben große Vorteile im Vergleich zu Lithium-Ionen-Batterien.

© ADOBE STOCK
 

Australische Forscher haben nach eigenen Angaben den bisher leistungsfähigsten Lithium-Schwefel-Akku entwickelt. Dieser könne die Leistung der aktuellen Marktführer um mehr als das Vierfache übertreffen, berichtete die Monash-Universität im australischen Clayton in einer Mitteilung.

Kern der Entwicklung, die sich derzeit noch im Laborstadium befindet, ist eine besonders robuste Schwefel-Elektrode, die das Team um Monash-Forscherin Mahdokht Shaibani im US-Fachblatt "Science Advances" vorstellt. Lithium-Schwefel-Akkus sind leichter und billiger als die weitverbreiteten Lithium-Ionen-Akkus und lassen sich kostengünstiger und umweltfreundlicher herstellen, wie das an der Studie beteiligte Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS in Dresden erläuterte.

Leichter, günstiger, umweltfreundlicher

Die Technik sei sehr vielversprechend, befinde sich allerdings noch in der Entwicklung. "Erste Anwendungen werden dort gesehen, wo es um geringes Gewicht geht, beispielsweise in der Luftfahrt", sagte der Leiter der Abteilung chemische Oberflächen- und Batterietechnik am IWS, Holger Althues. Sein Team erforscht die Technik seit Jahren. Lithium-Schwefel-Zellen können bei gleichem Gewicht mehr Energie speichern als Lithium-Ionen-Akkus, sind dabei allerdings größer.

"In der Lithium-Schwefel-Zelle ersetzt Schwefel die Nickel-Kobalt-Kathode der herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterie", erläuterte Althues. "Das eröffnet das Potenzial für eine kostengünstige Zelle: Schwefel ist im Gegensatz zu Nickel und Kobalt ein Abfallprodukt und weltweit verfügbar." Die Rohstoffe seien der entscheidende Kostenfaktor in der industriellen Batterieproduktion.

"Baustellen" bis zur Marktreife

Ein Problem der Lithium-Schwefel-Batterie ist bisher jedoch die mechanische Stabilität der Kathode, die sich bei der betriebsbedingten Aufnahme und Abgabe von Lithium merklich ausdehnt und wieder zusammenzieht. Dadurch entstehen häufig Mikrorisse und -brüche in dem Material, so dass die Zelle schnell verschleißt.

Für dieses Problem hat das australische Forscherteam nun einen vielversprechenden Lösungsansatz entwickelt und patentiert. Der Schwefel ist dabei in eine speziell gestaltete Schicht aus einem Bindemittel und Kohlenstoff eingebettet, die höhere mechanische Belastungen ausgleichen kann als bisherige Kathoden und damit den Leistungs- und Kapazitätsverlust verringert.

"Diese Arbeit zeigt, dass eine sehr gute Kathode mit umweltfreundlichen Verfahren herstellbar ist", sagte Althues, dessen Institut einen Prototyp der neuen Zelle gebaut hatte. "Das ist ein sehr wichtiger Schritt, allerdings gibt es weitere Hürden bei der Entwicklung der Komponenten und Zellen bis zur Marktreife, insbesondere für die Anwendung in Elektrofahrzeugen."

Die Architektur der Schicht sei von der Waschmittelproduktion inspiriert, erläuterte die Monash-Universität. Der Prozess ermögliche eine Stabilität, wie sie keine andere Batterie bisher besitze. "Dieser Ansatz begünstigt nicht nur hohe Leistungsdaten und eine lange Lebensdauer, sondern auch eine einfache und extrem kostengünstige Herstellung mit wasserbasierten Verfahren", betonte Monash-Forscher Matthew Hill. "Und er kann zu einer erheblichen Reduzierung von umweltgefährdenden Abfällen führen." Das neue Batteriedesign sei dadurch attraktiv für künftige Alltagsanwendungen.

Kommentare (36)

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tannenbaum
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Habe

gestern in einer deutschen Autozeitschrift einen Bericht über die Lustenauer Firma OBERIST Powertrain gelesen. Kann jemand erklären, wo bei deren Erfindung der Hacken ist? Ansonsten müssten die Autokonzerne denen ihre Konstruktion aus den Händen reißen und längst auf Hochtouren Antriebe mit diesem System forcieren! Zumindest bis zu sogenannten Mittelklasse!

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scionescio
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@Tannenbaum: Das ganze ist eine lächerliche Geschichte und macht nur das, was auf Schiffen und Diesel-Loks schon seit Jahrzehnten Standard ist ...

... ein kleiner Verbrennungsmotor (fast immer Diesel) läuft im optimalen Teillastbereich mit konstanter Drehzahl und treibt einen Generator an, der wiederum den erzeugten Strom in einen Akku einspeist und von einem E-Motor verbraucht wird.
Sogenannte Range Extender funktionieren im Prinzip auch gleich.
Viel bringen tut es nicht: Obrist wirbt groß mit nur 2,93L auf 100km und ganz klein gedruckt kommen noch 6,6kWh aus dem schon geladenen Akku dazu.
Wenn du das grob überschlägst, kommst du schnell drauf, dass dieser Wert nichts besonderes ist: 3 Liter Diesel entspricht ca. 30kWh Energieinhalt, ein Verbrennungsmotor mit 40% Wirkungsgrad gibt davon 12kWh an den Generator ab und der macht mit einem Wirkungsgrad von 95% daraus 11,4 kWh. Zusammen mit den 6,6 kWh aus dem Akku ergibt das 18kWh Verbrauch auf 100km. Jetzt hängt es natürlich davon ab, wie schnell gefahren wurde, wie oft beschleunigt wurde, wie viele Steigungen auf der Strecke waren, etc. - aber auf einer durschnittlichen Strecke mit einer Durschnittsgeschwindigkeit unter 100km/h ist das ein eher bescheidener Wert ... das schaffen andere besser!

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hermannsteinacher
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Der "Hacken"

liegt beim "c"!

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georgXV
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???

LEIDER gelten die Gesetze der Chemie und Physik auch für die Alchemisten der Batterieforschung und -entwicklung.
LEIDER haben sie bis jetzt - trotz jahrzehntelanger intensiver Bemühungen - noch NICHT den "Stein der Weisen" gefunden.
Beladungsstops alle 200 bis 300 km für eine halbe bis ganze Stunde und die Lebensdauer der Batterien sind für Vielfahrer NICHT die Lösung.

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schadstoffarm
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Vielfahrer sind das Problem

für welches wir keine Lösung suchen.

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scionescio
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LiIon Akkus gibt es schon seit mehr als 15 Jahren in großer Verbreitung (Handy, Laptop, Taschenlampen, Haushaltsgeräte) ...

... und in einem Akkupack für ein BEV sind die gleichen Zellen drinnen - nur halt abhängig von der Kapazität zwischen 3000 - 7000 Stück davon (ein Teil davon- bis zu 20% - dient als stille Reserve und wird nach und nach zugeschalten, wenn der Akku degradiert, damit der naive BEV Fahrer den Eindruck hat, dass sein Akku nach 2 Jahren immer noch gut ist - deshalb kann man auch kein gebrauchtes BEV kaufen: wenn die Reserve verbraucht ist, geht es rapide bergab!).
Obwohl alle zwei Monate ein gewaltiger Durchbruch bei den Akkus angekündigt wird, hat sich in Wahrheit in den letzten 15 Jahren - verglichen mit anderen Technologien - kaum was nennenswertes getan!
Der liebe Dudenhöfer hat 2010 auch postuliert, dass 2015 ein Akkupack nur mehr 2.500 € kosten wird (und viel mehr Kapazität haben wird!) ...

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schadstoffarm
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Scio

Verbrenner brauchen Ölwechsel, das wird sich nie durchsetzen :)
Gut gemeinter Rat: schlechtreden ist verbesserungswürdiges Marketing.

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scionescio
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@Schadstoffarm: ich habe im Forum nichts zu verkaufen und lege deshalb keinen Wert auf Marketing ...

... aber einer muss sich ja die Mühe machen und die Fake News der Fanboys richtigstellen, damit Leser, die nicht so mit der Materie vertraut sind, alle Fakten zur Hand haben, um selbst eine überlegte Entscheidung zu treffen.
Selbstverständlich hoffe ich, dass dieser sinnentleerte Hype um die BEVs bald ein Ende findet, damit das Wasserstoffzeitalter nicht weiter unnötig verzögert wird und meine Enkel noch eine Chance haben, auf einem einigermaßen intakten Planeten ihr Leben zu genießen.

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schadstoffarm
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Dann solltest aber vermarkten

Da es technisch doch arg hapert. Wo glaubst kommt der elektrolysewasserstoff her?

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scionescio
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Aus der völlig klimaneutralen Elektrolyse mittels Überschussenergie aus Wind- und Wasserkraftwerken bzw PV ...

Ziemlich seltsame Frage ...

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schadstoffarm
5
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Und warum ziehst schlechtere

Wirkungsgrade und teurere Verteilung vor?

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scionescio
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Der Wirkungsgrad ist nicht tragisch, weil das eigentliche Problem die Speicherung und Verteilung von Energie ist ....

... und zusätzlich die Netzstabilität/-Regelung das Hauptproblem ist. Selbst wenn du den Strombedarf für BEVs ausschließlich aus Windkraft und PV deckst, brauchst du für die Regelkapazität zusätzlich proportional Gas- und Kohlekraftwerke.
Im Wasserstoffzeitalter erzeugt man mit Überschussenergie aus zusätzlichen Offshore-Windanlagen mittels Elektrolyse Wasserstoff, den man zu Regelzwecken entweder statt Gas verbrennen kann oder mittels Brennstoffzelle wieder zu Strom machen kann. Durch den hohen Energieinhalt und die Weiternutzung bestehender Infrastruktur (Tankstellen) ist die Verteilung viel billiger als mit Strom - es würde nicht einmal genug Kupfer geben, um weltweit alle benötigten Ladestellen mit den erforderlichen Querschnitten zu versorgen - dazu kommen noch Grabungsarbeiten, die Ladestellen selbst benötigen riesige Flächen um zB auch nur annähernd in den Bereich einer gängigen Autobahntankstelle zu kommen ... absolut unrealistisch, damit mehr als 20% BEV Anteil zu realisieren- damit ist aber dem Klimaschutz trotz immenser Kosten zu weniger als einem Prozent geholfen!

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schadstoffarm
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Unsinn.

Erinnert a bisserl an die Argumentation warum tabakrauch unschädlich ist oder der Klimawandel nicht den Menschen als Ursache hat.

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scionescio
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???

Und schon ist wieder Schluss mit Fakten ... Meinung und Ahnung sind halt zwei Paar Schuhe;-)
Weiter viel Spaß in der Echokammer!

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scionescio
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Aber schon 2020 kommt die 2.Generation der Fahrzeuge mit Brennstoffzelle - der Toyota Mirai NG hat zumindest echte 650km bei Autobahngeschwindigkeit und Lexus Qualitätsniveau ...

... der zweitgrößte Automobilkonzern setzt klar auf Hybrid als notwendige Übergangstechnologie um die sinnentleerten CO2 Strafzahlungen zu umgehen und fokussiert sich auf die Brennstoffzelle, damit man dann, wenn die alternativlose Wasserstoffinfrastruktur für den Schwerverkehr vorhanden ist, wieder zur Nummer Eins (nachdem VW mit den BEVs ausgeblutet ist) wird.

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Sibanac
9
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Und schon bestellt Spitznamenfetischist?

Die lächerlichen €80.000 für wenig Stauraum als Familienfahrzeug, da kann ein Model 3 von Tesla eben nicht mithalten 😉

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scionescio
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@Simpel: Intelligente und rationale Menschen bestellen ein Auto nachdem die es besichtigt und probegefahren haben ...

... andere machen Anzahlungen, weil ein durchgeknallter Millionär eine Show mit ein paar Taschenspielertricks abzieht und das Blaue vom Himmel verspricht - und Jahre später unterirdische Qualität zum doppelten Preis liefert ... lass mich raten, zu welcher Kategorie die Tesla Fanboys gehören ;-)

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Sibanac
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Mit der Probefahrt hast du recht

hab im Juni eine gemacht und 8Tage später hatte ich das Model 3 zuhause 😉
Nun hab ich nach 6Monaten erst 33.400km auf dem Tacho, da es absolut nicht geeignet ist und das Laden 2-3 Tage dauert.... 😂
Mein voriges Auto hatte 116.000km nach 9 1/2 Jahren drauf, ein 318d Touring Diesel mit 850km Reichweite 🤫

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scionescio
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@Simpel: Wenn das stimmt, müssen die Model 3 irgendwo auf Halde stehen ...

... weil es zu wenig Nachfrage gibt - mir wurde noch nie ein Auto und in meiner Wunschkonfiguration in 8 Tagen geliefert ...

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Sibanac
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Im Juni kam grad frisch diese Lieferung,

deshalb ging es so schnell, nur weil du kein Glück hast bei Autokäufen 😉
Bin gespannt wie du dann mit dem Mirai Zufrieden bist Wasserstoff-Fanboy^^

Im Juni wurden 939 BEV‘s zugelassen, davon waren es 346 Model 3, da ist keine Nachfrage vorhanden, du hast wie immer Recht 🙃

Jänner bis November 8551 BEV‘s vs. 19 FCEV‘s
davon 2126 Stk. Model 3
fast doppelt soviel wie BMW i3‘s 1124 Stk.

Jaja die scheiss Tesla verkaufen sich einfach nicht 😂

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scionescio
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@Simpel: Tesla hat in Österreich weniger Fahrzeuge verkauft als BMW alleine Minis abgesetzt hat ...

... nicht einmal 1% hat einen Tesla gekauft (wobei gekauft das falsche Wort ist, weil die Fanboys zu mehr als 85% leasen) dh. mehr als 99% sind deiner Meinung nach zu dumm, um die gewaltigen Vorteile eines Tesla zu erkennen ...
Sagt dir Geisterfahrer etwas?

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Stratusin
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@scionesco

wie man einen Tesla bestellt und konfiguriert wirst du ja genau wissen. Schließlich hattest du ja selbst ein Model S laut deiner Aussage. Warst wohl einer der ersten Fanboys der ohne Probefahrt gekauft hat.

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Sibanac
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Bei 3 verschiedenen Varianten

Wo alles Nachträglich per Software-Update gemacht werden kann geht‘s eben schneller als bei Verbrenner^^

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scionescio
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@Simpel: die Laserscheinwerfer, das Luftfahrwerk, die versenkbare Anhängekupplung, die Wärmepumpe, ... das machst du alles per Software???

Ach ja, das gibt es ja bei Tesla alles nicht ... viel zu komplex in der Fertigung und Logistik für eine Firma mit dem Know-How von Tesla - aber dem sogenannten Autopiloten vertrauen die Fanboys ihr Leben an (manchmal leider mit tödlichem Ausgang)

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Miraculix11
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Oje, das sind ja Aussichten

5x mehr gefahren als mit dem alten Auto. Hoffe das wird nicht die neue Mode und die Strassen verstopft.

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Sibanac
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@Miraculix11

ja zurzeit sind es fast 6x soviel km wie mit dem alten, pendelt sich aber alles ein mit der Zeit, bin am Anfang als der Verbrenner Neu war auch mehr gefahren, zum SchlußDie letzteren 4 1/2 Jahre waren es nur noch 10.000km/Jahr, also reiner Arbeitsweg!

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