Schwefel-Kathode aus Nanopartikeln
Fünfmal höhere Kapazität
Wissenschaftler des SLAC National Accelerator Laboratory und der Stanford University haben eine Lithium-Ionen-Batterie entwickelt, deren Schwefel-Kathode fünfmal mehr Energie speichern kann als heutige kommerzielle Techniken. Sie behält auch nach 1000 Ladezyklen noch 70 Prozent ihrer ursprünglichen Kapazität.
Bisher verhindern zwei schwerwiegende Nachteile den Einsatz von Schwefel als Kathodenmaterial: Wenn Lithium-Ionen beim Entladen zur Schwefel-Kathode wandern, verbinden sie sich zeitweise mit den Schwefel-Atomen. Diese Verbindung ist für die Leistungsfähigkeit der Kathode wichtig, aber wegen der Elektrolyt-Lösung nicht stabil. Versuche mit schützenden Hüllen um den Schwefel schlugen fehl, weil sich die Kathode durch die Anlagerung der Lithium-Ionen um bis zu 80 Prozent ausdehnt und so die Hülle durchbricht.
Der Durchbruch gelang den Wissenschaftlern jetzt mit einer Kathode, die aus 800 nm großen Partikeln besteht. Jedes Schwefel-Körnchen ist von einer harten Schale aus porösem Titandioxid umgeben, die jedoch nicht eng am Schwefel anliegt, sondern noch etwas Raum zum Ausbreiten lässt. Während des Entladevorgangs können Lithium-Ionen die Schale durchdringen und sich mit dem Schwefel verbinden. Die Lithium-Schwefel-Verbindung dehnt sich aus und füllt den freien Raum, aber nicht weit genug, um die Schale zu durchbrechen. Die Schale schützt in dieser Zeit die Lithium-Schwefel-Verbindung vor der Elektrolyt-Lösung, die die Verbindung auflösen würde.
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