Entscheidender Durchbruch für die Batterieproduktion: Grundlagen für nachhaltige Batterietechnologie entwickelt

Energie speichern und nutzen mit innovativen Schwefelkathoden

26.04.2024

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Elektromobilität und portable elektronische Geräte wie Laptop und Handy sind ohne die Verwendung von Lithium-Ionen-Batterien undenkbar. Das Problem: Für die Kathoden dieser Batterien werden häufig hoch toxische Materialien wie Kobalt verwendet, die die Umwelt und die Gesundheit der Menschen in den Abbauländern gefährden. Zudem sind die Vorkomen dieser Metalle sehr begrenzt.

Nachhaltig und leistungsstark mit Schwefel

Ein Forschungsteam der Humboldt-Universität zu Berlin (HU) hat nun einen entscheidenden Durchbruch in der Batterietechnologie erzielt. Das Team unter der Leitung von Prof. Dr. Michael J. Bojdys hat eine leistungsstarke schwefelbasierte Kathode entwickelt. Schwefel ist eine nachhaltige Alternative zu den gängigen, in Lithium-Ionen-Batterien verbauten Materialien, weil es weniger toxisch und – anders als Kobalt – reichlich vorhanden ist. Allerdings lässt bei Batterien, in denen Schwefel als Kathodenmaterial verbaut wird, bisher die Speicherkapazität schnell nach. Dieses Problem konnten die Forschenden nun lösen. Die Ergebnisse der Studie wurden in der Fachzeitschrift Angewandte Chemie veröffentlicht.

„Unsere Entwicklung ebnet den Weg für Schwefelelektroden als praktikable Alternative zu herkömmlichen Kathoden auf Metallbasis. Sie könnte die Art und Weise, wie wir Energie speichern und nutzen, grundlegend verändern und stellt einen wichtigen Schritt in Richtung einer nachhaltigeren Zukunft dar“, erklärt Prof. Bojdys.

Lösung des Schwefel-Shuttle-Problems mithilfe der Polymer-Chemie

Bei Kathoden auf Schwefelbasis führt die Mobilität des Schwefels bisher zu einer Degradation der Batterie – ein Effekt, der als Shuttle-Mechanismus bekannt ist. Bei der neu entwickelten Lösung wird der Schwefel in einem speziellen mikroporösen Polymernetzwerk verkapselt, so dass die Schwefelteilchen festgehalten werden. Mithilfe dieser Batterietechnologie können nicht nur Leistungsfähigkeit und Lebensdauer von Batterien erhöht, sondern auch das Problem knapper Ressourcen umgangen werden.

Prof. Dr. Michael J. Bojdys ist Experte für nachhaltige Energiematerialien und trägt im Rahmen der Förder-Initiative GreenCHEM des Bundesministeriums für Bildung und Forschung dazu bei, die chemische Industrie in der Berliner Hauptstadtregion durch die Verbindung von Wissenschaft und Industrie zu einer auf nachhaltigen Rohstoffen basierenden Kreislaufwirtschaft zu transformieren.

Originalveröffentlichung

Guiping Li, Ye Liu, Thorsten Schultz, Moritz Exner, Ruslan Muydinov, Hui Wang, Kerstin Scheurell, Jieyang Huang, Norbert Koch, Paulina Szymoniak, Nicola Pinna, Philipp Adelhlem, Michael Janus Bojdys; "One‐pot Synthesis of High‐capacity Sulfur Cathodes via In‐situ Polymerization of a Porous Imine‐based Polymer"; Angewandte Chemie International Edition, 2024-4-15

https://www.chemie.de/news/1183299/entscheidender-durchbruch-fuer-die-batterieproduktion-grundlagen-fuer-nachhaltige-batterietechnologie-entwickelt.html