Aluminium-Schwefel-Akku

„Die Zutaten sind billig, und das Ding ist sicher“

Ein emeritierter Professor gibt sich überzeugt, eine in vielerlei Hinsicht bessere Alternative zum Lithium-Ionen-Akkumulator entwickelt zu haben

Wolfgang Kaufmann

04.10.2022

Lithium-Ionen-Akkumulatoren, wie sie beispielsweise in Elektroautos zum Einsatz kommen, haben zahlreiche Nachteile. So ist Lithium ein relativ seltener Rohstoff, dessen Förderung der Umwelt schadet. Außerdem sind die Batterien teuer und nicht sonderlich langlebig. Darüber hinaus enthalten sie einen brennbaren Elektrolyten, der insbesondere dann fatale Wirkung entfaltet, wenn es zu Kurzschlüssen kommt. Und die treten deutlich öfter auf als erwünscht, was aus der Bildung von Dendriten resultiert. Das sind schmale Spitzen aus Lithium, die sich während des Wechsels zwischen den Lade- und Entladevorgängen auf einer Elektrode aufbauen und schließlich bis zur Gegenelektrode hinüberwachsen.

Aus diesem Grunde beschloss der emeritierte Professor für Materialchemie am renommierten Massachusetts Institute of Technology (MIT) Donald Sadoway eine brauchbare Alternative zum Lithium-Ionen-Akku zu finden, was ihm auch gelang. Dabei wurde er von insgesamt 15 Forschern der Peking University, Yunnan University, Wuhan University of Technology, University of Louisville, University of Waterloo sowie dem MIT und dem Argonne National Laboratory in Illinois unterstützt. Über ihren Erfolg berichten die Wissenschaftler in einem Artikel in der Fachzeitschrift „Nature“.

Ein Non plus ultra der Stromspeicherung?

Darin werden zunächst die Hauptbestandteile des neuen Akkus genannt. Das sind Aluminium, Schwefel und Steinsalz, alles Materialien, die überall auf der Erde reichlich vorhanden und ohne Probleme zu gewinnen sind, womit die Hersteller nicht mehr auf die fragilen globalen Lieferketten oder dubiose Förderländer angewiesen wären und billig produzieren könnten. Aller Wahrscheinlichkeit nach liegen die Kosten für einen Aluminium-Schwefel-Akku nur bei einem Sechstel vergleichbarer Modelle mit Lithium-Ionen-Technologie.

Doch das sind nicht die einzigen Vorteile der Erfindung von Sadoway und seinen Kollegen. So kann sich die zwischen den Elektroden aus Aluminium und Schwefel befindliche Elektrolytlösung aus geschmolzenen Salzen unter keinen Umständen entzünden. Das bewegte Sadoway zu folgenden Worten: „Die Zutaten sind billig, und das Ding ist sicher.“

Darüber hinaus erlaubt die neue Akku-Konfiguration ein sehr schnelles Aufladen. Und die Batterie übersteht viele hundert Ladezyklen ohne Verschleißerscheinungen. Das liegt vor allem daran, dass die wegen ihres niedrigen Schmelzpunktes ausgewählte Salzmischung die Bildung von Dendriten verhindert. Im Interview mit der MIT-Pressestelle teilte Sadoway hierzu mit: „Wir haben Experimente mit sehr hohen Laderaten durchgeführt, in weniger als einer Minute aufgeladen, und wir haben nie Zellen aufgrund von Dendritkurzschlüssen verloren.“ Zunächst sei es nur darum gegangen, Salze mit niedrigem Schmelzpunkt zu finden. Als „glücklicher Zufall“ habe sich dann noch die Resistenz gegen Dendritbildungen ergeben.

Um die neue Technologie marktreif zu machen, gründeten Sadoway und ein weiterer Batterieexperte namens Luis Ortiz die Firma Avanti, die nun auch die entsprechenden Patente hält. „Die erste Aufgabe für das Unternehmen besteht darin zu demonstrieren, dass es in großem Maßstab funktioniert“, sagte der ehemalige MIT-Professor. Dazu gehörten diverse Stresstests über eine Unzahl von Ladezyklen und unter ganz unterschiedlichen äußeren Bedingungen. Momentan lasse sich noch nicht sagen, wann der Aluminium-Schwefel-Akku im Alltag zum Einsatz kommen könnte.

Die Bewährung in der Praxis steht noch aus

Ungeachtet dessen hat Sadoway die Vision, dass seine Erfindung nicht nur dazu führt, dass Elektrofahrzeuge bessere Batterien erhalten. Außerdem soll sie auch deren Aufladen optimieren, wenn nicht gar revolutionieren. Größere Aluminium-Schwefel-Akkus an den Ladestationen würden es ermöglichen, bei Bedarf mehrere E-Autos gleichzeitig in allerkürzester Zeit aufzuladen, und dass ohne die teure Installation neuer stärkerer Stromleitungen zur Versorgung der Ladestationen.

Abgesehen von Elektroautos schwebt Sadoway auch vor, mit Großakkus Einfamilienhäuser oder kleinere Unternehmen zu versorgen, wenn Windräder oder Solarenergieanlagen witterungsbedingt keinen Strom erzeugen. Mit Lithium-Ionen-Batterien wäre dies aus Kostengründen kaum möglich, zumal das verfügbare Lithium nicht für den flächendeckenden Einsatz solcher Backup-Speichersysteme ausreichen würde.

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Kommentare

Bernd Frankenstein am 15.10.22, 16:45 Uhr

"Wenn man sowas ließt, dann ..."
braucht man nicht mehr weiterzulesen.
Ausserdem ist jemand, der eine "Energiewende " überhaupt für geboten hält, nicht ernstzunehmen.

Ralf Pöhling am 07.10.22, 15:36 Uhr

Unabhängig der im Artikel beschriebenen Technologie muss eins klar sein: Damit sich elektrisch betriebene Autos, wie auch die Zwischenspeicherung von mittels regenerativen Energien erzeugten Stroms am Markt durchsetzt, muss die Batterietechnik günstig, sicher und zuverlässig sein. Und sie muss ohne Abhängigkeiten von dem uns (geo)politisch diametral entgegenstehenden Ausland funktionieren. Wir brauchen also leistungsstarke Batterien, die mittels hier (innerhalb Europas) in ausreichender Menge zur Verfügung stehenden Ressourcen in großen Mengen kostengünstig hergestellt werden können. Alles andere ist Selbstbetrug und wird die Energiewende mit Sicherheit scheitern lassen.
Das ganze Projekt macht überhaupt nur dann Sinn, wenn wir nicht den Teufel mit dem Beelzebub austauschen und die Abhängigkeiten von Öl oder Gas durch Abhängigkeiten von Rohstoffen ersetzen, die ebenso aus Ländern stammen, die uns nicht als Partner sondern als nützliche Idioten sehen, die man bei Bedarf erpressen kann. Ich verfolge die Entwicklung bei den Batterien nun schon länger und habe verschiedene neue Ansätze gesehen. Aber bisher ist leider keiner davon über die Konzeptphase hinaus. Das gilt es jetzt zu ändern. Jetzt. Da muss also Geld reingepumpt werden. Und zwar selbst dann, falls wir doch zur Atomkraft zurückkehren müssen, denn E-Autos, die nicht mit Windrädern oder Solarpanels, sondern mit Kernenergie betankt werden, brauchen ja dennoch eine Batterie.

Paul Maier am 06.10.22, 16:42 Uhr

Naja, ein Akku der ständig geladen/entladen werden muss um die eutektische Salzmischung (Elektrolyt) auf 100 Grd. C zu halten wird als Fahrzeugakku kaum geeignet sein. Die hohe Betriebstemperatur zusammen mit dem stark korrosiven Al-Chlorid bzw. Schwefel dürfte zudem den Materialwissenschaftlern einige Sorgen bereiten.
Al-Metall kann großtechnisch erst seit Ende des 19.Jh. mittels Schmelzflußelektrolyse von Al-Oxid/Kryolit hergestellt werden. Die Herstellung ist an einen niedrigem Strompreis gebunden (1kg Al benötigt etwa 20 kWh).

Wolfgang Uhr am 06.10.22, 12:35 Uhr

Wenn man sowas ließt, dann sollte man erst mal die möglichen Negativpunkte checken. Ok, die Energiedichte sieht schon gut aus. Aber die Arbeitstemperatur von 110°C scheint mir dann doch nicht so ganz unproblematisch. Es macht keinen Sinn, einen Akku auf 110°C aufzuheizen, nur um ihn aufladen zu können. Die "Betriebstemperatur" von 100 °C entstehe offenbar beim Laden und Entladen.
Das der Herr Professor glaubt, dass dies eine unproblematische Batterie sei, das denke ich schon. Doch hier ist die Meinung von Zulassungsbehörden, Versicherungen usw. relevant. Ob die das auch so sehen?

Dieter Helbig am 06.10.22, 07:16 Uhr

Wie Herr Falke schon schreibt: Wer in Pysik aufgepasst hat...der wundert sich, dass das Material einer Batterie Einfluss auf die verfügbare Menge an Ladestrom haben soll.
Ist es sicher, dass es sich um einen Professor handelt,
und wenn ja, für welches Fachgebiet?

Tom Schroeder am 05.10.22, 18:25 Uhr

Auch diesmal wird wieder die Zusammenarbeit der beteiligten Industriezweige saemtliche guten Ideen in der Schublade verschwinden lassen. So wie voerher die Mineraloelindustrie und die Autobauer die durchaus brauchbaren Erfindungen nicht umsetzten bzw immer groessere und schwerere Autos bauten mit dem angenehemn Nebeneffekt eines entsprechenden Oelabsatzes. Auch hier wird die Betterieindustrie Allianzen suchen, um niocht ausgebootet zu werden - man hat ja massiv investiert, kaufmaennisch durchaus verstaendlich. Wobei: In der Theorie sollte der Schlechtere in der kapitalistischen bzw. freien Wirtschaft dann eben wieder verschwinden. Na mal schauen!

klaus falke am 04.10.22, 09:12 Uhr

Für Grünlinke sicherlich ein Artikel,der zum Jubelgeschrei auffordert.
100te titelbewehrte Professoren geben schliesslich ihr ok!
Das hat früher zum Volksbetrug bei der "woken"Generation gereicht,also reicht es auch weiterhin.
Bürger die in Physik aufgepasst haben,schütteln mit dem Kopf...

Chris Benthe am 04.10.22, 07:22 Uhr

Aluminium-Schwefel-Steinsalz..soso..... Die Gewinnung von Aluminium aus dem Rohstoff Bauxit ist enorm ernergieaufwändig. Und Bauxit hat auch nicht jedes Land in Mengen vorrätig. Auch da gibt es sensible Lieferketten. Ich glaube, da ist noch viel Forschung notwendig.