Forscher finden unerwarteten Effekt bei Metall-Schwefel-Batterien

Jena - Auf der Suche nach der Batterie der Zukunft geht es vor allem darum, neue Materialkombinationen zu finden, die mit den aktuell genutzten Lithium-Ionen-Akkus konkurrieren können. Auf der Suche danach haben Chemiker der Universität Jena einen unerwarteten Transportprozess gefunden.

Geht es um Batterien, dann sind Lithium-Ionen-Batterien der Stand der Technik. Forscher suchen weltweit aber schon längst nach preisgünstigeren Alternativen, u.a. mit Metall-Schwefel-Verbindungen. Forscher der Uni Jena haben jetzt einen interessanten Effekt entdeckt.

Metall-Schwefel-Batterien mit hoher Energiedichte und geringeren Kosten
In der Diskussion um die Batterien der nächsten Generation spielen Metall-Schwefel-Batterien eine entscheidende Rolle, insbesondere Natrium-Schwefel- und Lithium-Schwefel-Batterien. Denn Schwefel verspricht eine deutlich höhere Speicherkapazität und günstige Herstellungskosten als die bisherigen Lithium-Ionen-Batterien. Ein Nachteil: Schwefel ist nicht besonders leitfähig. Chemiker der Friedrich-Schiller-Universität Jena, des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien in Jena und der Technischen Universität Chemnitz haben jetzt allerdings ein Phänomen in diesem Batterietyp entdeckt, das ihre Funktionsweise erheblich beeinflussen könnte und deshalb unbedingt näher erforscht werden muss. Über ihre Ergebnisse berichten die Wissenschaftler in der neuen Ausgabe des Fachmagazins „Angewandte Chemie“.

Neuer Transportprozess durch unerwartete Wechselwirkung
Um die Leitfähigkeit von Schwefel zu erhöhen, muss dieser mit leitfähigem Kohlenstoff kombiniert werden, so Prof. Dr. Philipp Adelhelm von der Universität Jena. Bei Kontakt scheinen nun beide Elemente auf unerwartete Weise in Wechselwirkung treten zu können. Die Wissenschaftler haben hierzu unter normaler Umgebungstemperatur hochporöse Kohlenstoffteilchen und Schwefel zu gleichen Teilen miteinander vermischt. Untersucht man die Mischung, so lassen sich deutliche Änderungen in den Eigenschaften des Schwefels feststellen. Nach wenigen Tagen verliert der Schwefel seine Struktur und wird amorph. Auch der Schmelzpunkt geht verloren. Das Phänomen, dass Schwefel sich in Kontakt mit Kohlenstoff auf solch drastische Art verändert, bezeichnen die Chemiker als Spillover.

Spillover-Effekt durch porösen Kohlenstoff in Metall-Schwefel-Batterien
„Wir sind sehr überrascht, dass dieser Effekt bisher übersehen wurde, da wir ihn mit relativ einfachen Untersuchungen einwandfrei feststellen konnten“, sagt Adelhelm. „Wir gehen davon aus, dass dieses fundamentale Phänomen Auswirkungen auf alle Arten von Metall-Schwefel-Batterien haben, bei denen poröser Kohlenstoff zum Einsatz kommt.“ Deshalb müssten nun weitere Forschungen angeschlossen werden, um mehr über den hier vorhandenen Spillover-Effekt herauszufinden und ihn in Batterien eventuell nutzbar zu machen, so die Forscher.