Höhere Energiedichte und nachhaltiger? Lithium-Schwefel-Akkus machen Fortschritt

[PCGH-Redaktion]

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Moderne Akkus benötigen verschiedene, immer teurer werdende Metalle und sind zu schwer, um sie sinnvoll in der Luft- und Schifffahrt einzusetzen. Lithium-Schwefel-Akkus sollen es deutlich besser machen als die aktuellen Lithium-Ionen-Stromspeicher, wenn denn nur eine Schwachstelle nicht wäre. Forscher arbeiten jedoch an einer Lösung.

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[Hoppss]

Ach ja ... dieses Thema von extrem günstigen und leistungsfähigen S-Akkus, die 2-3 Jahre später zum Einsatz kommen könnten, verfolge ich gefühlt nunmehr seit 20 Jahren? Damals experimentierte sogar VW mit Akkus auf überwiegender Schwefelbasis, angeblich gab es nur ein "kleines" aber lösbares Temperaturproblem ... seitdem kaum wieder etwas davon gehört !?!

 

[Pu244]

Ach ja ... dieses Thema von extrem günstigen und leistungsfähigen S-Akkus, die 2-3 Jahre später zum Einsatz kommen könnten, verfolge ich gefühlt nunmehr seit 20 Jahren? Damals experimentierte sogar VW mit Akkus auf überwiegender Schwefelbasis, angeblich gab es nur ein "kleines" aber lösbares Temperaturproblem ... seitdem kaum wieder etwas davon gehört !?!

Das war der Natrium-Schwefel Akku. Der ist schon lange gut erforscht und war seit den 70ern die große Hoffnung, was Elektroautos betrifft.

Vorteile:
- Materialen gut verfügbar und billig
- Energiedichte fast so hoch, wie bei Lion
- 5000 Zyklen und mehr

Nachteil
- benötigt etwa 300°C um zu funktionieren

Aus letzterem Grund drehte sich die Forschung damals nicht darum den Akku einsatzbereit zu machen, das war er spätestens seit Ende der 60er. Es ging darum, wie man die hohen Temperaturen, bei denen sich der Akku wohl fühlt dauerhaft erreichen kann. Mit guter Isolierung konnte man die Wärme ein paar Tage lang einsperren. Allerdings brauchte man dann etwas, mit dem man überschüssige Wäre, die durch Verluste entstehen abführen kann. Wenn man die elektrische Energie, zum heizen des Akkus verwendete, dann konnte das Auto ca. 2 Wochen ohne Steckdose durchhalten. Danach war der Akku kalt und man durfte den ADAC o.a. rufen, damit die den Strom liefern und den Akku wieder erwärmen und laden. Alles in allem haben sie sich sei den 70ern die Zähne ausgebissen, da man eine Welt voller Streckdosen gebraucht hätte, die wir heute schaffen (Ironie der Geschichte).

Für große stationäre Energiespeicher ist es aber noch eine gute Option, wenn die Lion Akkus zu teuer werden sollten.

Aber in der News geht es nicht um den NaS Akku, sondern um den LiS Akku.

Der AlS Akku (das in der Mitte ist ein kleines L) gurkt auch noch herum und hat seine Fanbase, wie es im Englischen so schön heißt.

 

[Terracresta]

Ach ja ... dieses Thema von extrem günstigen und leistungsfähigen S-Akkus, die 2-3 Jahre später zum Einsatz kommen könnten, verfolge ich gefühlt nunmehr seit 20 Jahren? Damals experimentierte sogar VW mit Akkus auf überwiegender Schwefelbasis, angeblich gab es nur ein "kleines" aber lösbares Temperaturproblem ... seitdem kaum wieder etwas davon gehört !?!

Musste auch gerade in eine ähnliche Richtung denken. Wie viele tolle angebliche Durchbrüche in der Forschung (nicht nur bei Batterien) wurden vollmundig angekündigt, nur um dann für immer in den Schubladen zu verschwinden? Gerade im Bereich Computer, Speichermedien und dergleichen...

Achja, dachte Intels "3D Xpoint" / "Optane" war soll toll, dass es jetzt überall zum Einsatz kommt...

 

[Pu244]

Musste auch gerade in eine ähnliche Richtung denken. Wie viele tolle angebliche Durchbrüche in der Forschung (nicht nur bei Batterien) wurden vollmundig angekündigt, nur um dann für immer in den Schubladen zu verschwinden? Gerade im Bereich Computer, Speichermedien und dergleichen...

Der LiS Akkus ist recht weit Fortgeschritten und wird wohl bald zum Einsatz kommen.

Wunder sollte man nicht erwarten: Gleiches Volumen, bei halber Masse, ist am Anfang realistisch.

Achja, dachte Intels "3D Xpoint" / "Optane" war soll toll, dass es jetzt überall zum Einsatz kommt...

War/ist ja auch eine tolle Technologie. Am Ende hat sich herausgestellt, dass viele Leute zwar über die immer geringer werdende Haltbarkeit jammern, jedoch keiner dazu bereit ist, mehr Geld auszugeben. Ähnlich dem Wechselakku bei Smartphones, den wollen die meisten, genutzt wird er jedoch nicht.

Eventuell feiert Optane ja irgendwann sein Comeback als RAM unterstützung.

 

[Hoppss]

- benötigt etwa 300°C um zu funktionieren

Wow ... also immer noch ... bei der Supraleitung hat man bislang ja mehr Delta-T geschafft

dann konnte das Auto ca. 2 Wochen ohne Steckdose durchhalten

Das kommt mir seit 14 Tagen aber auch eher bekannt vor ... drei Wochen im Urlaub gewesen (erstmals seit Corona nicht mit dem eigenen, recht neuen Auto), Akku leer!! -> ADAC gerufen und der meinte, bei neueren "Hightech"-Autos muß man damit rechnen, wenn man sie solange nicht bewegt (Benziner) ... ... wußte ich bislang natürlich nicht ...

Aber in der News geht es nicht um den NaS Akku, sondern um den LiS Akku.

Ist mir schon klar, also demnächst der KS-Akku oder der RbS-Akku oder ... das werden wir möglicherweise alle nicht mehr erleben ...

Eventuell feiert Optane ja irgendwann sein Comeback als RAM unterstützung.

Ist nicht im neuen 500€ Rechner von Aldi eine "sehr schnelle" SSD mit Optane-Unterstützung verbaut ...?

 

[TurricanVeteran]

Also ich würde noch natrium-ionen akkus in den ring werfen...

Blackstone: Gedruckte Natrium-Ionen-Akkus 2025 marktreif

Unternehmen investiert 32 Millionen Euro in eine Pilotanlage im sächsischen Döbeln. Rohstoffe billiger und umweltschonender zu gewinnen.

www.elektroauto-news.net

 

[Radus]

@Hoppss, @Terracresta

Hi,

doofe Frage (und bitte nicht persönlich nehmen!): Ihr habt keine Uni für längere Zeit besucht, oder?

Im Labormaßstab funktionieren einige Dinge ziemlich gut. Leider schaffen es viele Entwicklungen nicht darüber hinaus. Was im Kleinen gut beherrschbar (und da schon recht teuer) ist, lässt sich in den allermeisten Fällen nicht so ohne weiteres im industriellen Maßstab fertigen (Upscaling genannt).

Die prinzipielle Chemie dahinter ist seit Dekaden bekannt, aber das Hauptproblem ist die technische Umsetzung (z. B. unerwünschte Nebenreaktionen die es IMMER(!) gibt) und die Wirtschaftlichkeit.

Unser stabiler Alpha-Strahler @Pu244 hat ein Beispiel schon sehr gut beschrieben.

Eines der Hauptprobleme ist aber, dass (meist fachfremde) Journalisten, eine paar Paper rauskramen und daraus eine dicke fette Schlagzeile machen. Diese landen dann auch hier auf PCGH und viele ohne chemisch/physikalischen Hintergrund sind irgendwann nur genervt ob der vielen "Ankündigungen" (welche ja gar keine sind!)...

 

[yingtao]

Weiß einer wie das mit der Sicherheit solcher Akkus generell ausschaut? Ich meine bei den aktuellen Lithium-Ionen Akkus geht man mit der Energiedichte nicht weiter hoch obwohl man es könnte, weil bei einem Kurzschluss die Dinger schon fast explodieren. Selbst bei den Feststoffakkus mit ähnlicher Energiedichte gehen die so schnell in Flammen auf das wie Lithium-Ionen Akkus komplett abfackeln.

Ich nehme mal an dass sich das bei den neuen Akkus mit gleicher oder höherer Energiedichte dann ähnlich verhalten wird und man aus Sicherheit dann bei der aktuellen Energiedichte bleiben wird und ggf. nur der Preis sinkt. Ich meine schon jetzt lässt die Feuerwehr E-Autos kontrolliert abbrennen weil man die brennenden Akkus nur sehr schwer löschen kann.

 

[plusminus]

@Hoppss, @Terracresta

Hi,

doofe Frage (und bitte nicht persönlich nehmen!): Ihr habt keine Uni für längere Zeit besucht, oder?

Im Labormaßstab funktionieren einige Dinge ziemlich gut. Leider schaffen es viele Entwicklungen nicht darüber hinaus. Was im Kleinen gut beherrschbar (und da schon recht teuer) ist, lässt sich in den allermeisten Fällen nicht so ohne weiteres im industriellen Maßstab fertigen (Upscaling genannt).

Die prinzipielle Chemie dahinter ist seit Dekaden bekannt, aber das Hauptproblem ist die technische Umsetzung (z. B. unerwünschte Nebenreaktionen die es IMMER(!) gibt) und die Wirtschaftlichkeit.

Unser stabiler Alpha-Strahler @Pu244 hat ein Beispiel schon sehr gut beschrieben.

Eines der Hauptprobleme ist aber, dass (meist fachfremde) Journalisten, eine paar Paper rauskramen und daraus eine dicke fette Schlagzeile machen. Diese landen dann auch hier auf PCGH und viele ohne chemisch/physikalischen Hintergrund sind irgendwann nur genervt ob der vielen "Ankündigungen" (welche ja gar keine sind!)...

Endlich mal jemand der es auf den Punkt bringt


Interessant zu sehen wie verzweifelt immer wieder Meldungen über SuperAkkus rausgehauen werden , die theoretisch im Labor funktionieren aber dann im realen Anwendungsbereich kolossal Scheitern !

Die Grünen Chefin Baerbock hatte sogar mal die Idee Kobolde in Akkus zu stecken

Bin schon mal gespannt wann den ganzen " Fachidioten " aus der Politik klar wird das Handy Akkus in Fahrzeugen stecken nicht die Lösung sein kann !!

Umweltfreundlichere Lösungen die zb. das aktuelle Tankstellenetz mit ein paar wenigen Modifikationen nutzen können , wie E-Fuels , Wasserstoff sind unserer Politiker " Elite " offensichtlich zuwieder

 

[Olstyle]

Ich meine bei den aktuellen Lithium-Ionen Akkus geht man mit der Energiedichte nicht weiter hoch obwohl man es könnte, weil bei einem Kurzschluss die Dinger schon fast explodieren.

Diese Selbsteinschränkung wegen Explosionsgefahr gibt es nicht. Was es gibt sind generelle Haltbarkeitsprobleme wenn man Trennschichten zu klein auslegt die dafür sorgen dass die Ladung nicht so lange gehalten wird/weniger Zyklen möglich sind.
Und Ja generell ist jede Stoffkombination mit hoher Energiedichte natürlich auch in der Lage ordentlich zu brennen wenn sie sich entzündet.
Benzin wäre da ein Beispiel .

 

[Gast1675120202]

Umweltfreundlichere Lösungen die zb. das aktuelle Tankstellenetz mit ein paar wenigen Modifikationen nutzen können , wie E-Fuels , Wasserstoff sind unserer Politiker " Elite " offensichtlich zuwieder

E Fuels?
Ja gut mach mal ne Umfrage was die Leute wollen wenn du ihnen erzählst was eFuels kosten werden und wie viel mehr Windräder und Solar man dafür braucht im Gegensatz zu Akkus.
Wasserstoff ja auch doof, 1 Million Euro pro Zapfsäule dort können dann 3 Menschen schnell tanken, aber dann braucht die Säule ihre 30 bis 40 Minuten Pause.

 

[Radus]

Die Grünen Chefin Baerbock hatte sogar mal die Idee Kobolde in Akkus zu stecken

So gaaaanz falsch lag Frau Baerbock mit ihrem Versprecher nun auch wieder nicht. Versprecher/Vertipper passieren halt mal; auch wenn es einem "zuwieder" ist .

Was Kobolde mit Kobalt zu tun haben

Es ist mal wieder Zeit für eine Etymologie-Zwiebel. Nachdem wir uns ausführlich mit Gemüse befasst haben (siehe hier, hier und hier), wenden wir uns nun den Metallen zu, denn diese sind ein erstaun…

derzwiebel.wordpress.com

E-Fuels (P2G/P2L) haben zwar den Charme, dass man die bestehende Infrastruktur auf Verbraucherseite ggf. nur geringfügig modifizieren muss, aber bei Betrachtung der Gesamteffizienz schneiden sie auch nicht so dolle ab. WENN denn irgendwann mal elektrische Energie im Überfluss vorhanden sein sollte und somit die Umwandlungsverluste nur eine untergeordnete Rolle spielen, wären die ganzen P2x-Geschichten denkbar. Sehe ich persönlich aber nicht in mittelbarer Zukunft...

Eine andere Möglichkeit(!) wären Redox-Flow-Systeme. Keine Werbung, aber winkewinke an die ehemaligen Kommilitonen^^: JenaBattieries.
Aber auch dafür müsste das gesamte System von Grund auf umgekrempelt werden.

Einfache Lösungen mit denen jeder glücklich ist, gibt es leider nicht.

 

[raPid-81]

Joah, Schwefel ist vielleicht im Überfluss vorhanden, aber "nachhaltig" abgebaut wird der nicht:

Eingebundener Inhalt

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[Bl4ckR4v3n]

Diese Selbsteinschränkung wegen Explosionsgefahr gibt es nicht. Was es gibt sind generelle Haltbarkeitsprobleme wenn man Trennschichten zu klein auslegt die dafür sorgen dass die Ladung nicht so lange gehalten wird/weniger Zyklen möglich sind.

Entstehen nicht die Haltbarkeitsprobleme aufgrund der hohen Sicherheitsanforderungen? Das letzte mal wo ich mit jemanden vom Fach gesprochen habe war die Rede dass das ganze allen voran ein Sicherheitsthema ist.

Und Ja generell ist jede Stoffkombination mit hoher Energiedichte natürlich auch in der Lage ordentlich zu brennen wenn sie sich entzündet.
Benzin wäre da ein Beispiel .

Nur das brennendes Benzin verglichen zu den brennenden LiIon Batterien harmlos sind.

E Fuels?
Ja gut mach mal ne Umfrage was die Leute wollen wenn du ihnen erzählst was eFuels kosten werden und wie viel mehr Windräder und Solar man dafür braucht im Gegensatz zu Akkus.
Wasserstoff ja auch doof, 1 Million Euro pro Zapfsäule dort können dann 3 Menschen schnell tanken, aber dann braucht die Säule ihre 30 bis 40 Minuten Pause.

Und bei E-Autos zahlste ebenso Millionen in den Ausbau der Infrastruktur. Egal wie man es dreht oder wendet alle Alternativen werden richtig Geld kosten.

 

[PCGH_Torsten]

Endlich mal jemand der es auf den Punkt bringt


Interessant zu sehen wie verzweifelt immer wieder Meldungen über SuperAkkus rausgehauen werden , die theoretisch im Labor funktionieren aber dann im realen Anwendungsbereich kolossal Scheitern !

Die Grünen Chefin Baerbock hatte sogar mal die Idee Kobolde in Akkus zu stecken

Bin schon mal gespannt wann den ganzen " Fachidioten " aus der Politik klar wird das Handy Akkus in Fahrzeugen stecken nicht die Lösung sein kann !!

Umweltfreundlichere Lösungen die zb. das aktuelle Tankstellenetz mit ein paar wenigen Modifikationen nutzen können , wie E-Fuels , Wasserstoff sind unserer Politiker " Elite " offensichtlich zuwieder

Im Gegensatz zu vielen der "Wunderakkus", die in den letzten Jahren durchs Dorf getrieben wurden, sprechen die Autoren in diesem Paper nahezu alle Punkte an: Die neue Technik hat eine hohe Zyklenfestigkeit, eine hohe gravimetrische Energiedichte von der auch bei Nutzung mit hohen Stromstärken eine ansehnliche Menge übrig bleibt, ein zumindest nach oben hin auf den ersten Blick ausreichendes Temperaturspektrum und scheinbar keine übermäßige Empfindlichkeit gegenüber Tiefentladung. Bei anderen Laborprojekten wäre man oft froh, wenn sie auch nur zwei dieser Aspekte ansprechen. Hier bleiben eigentlich nur noch die volumetrische Energiedichte (bei Li-S allgemein eher mäßig – man tauscht halt schwere Elemente gegen ein leichtes, das spart keinen Platz), die Eigenschaften bei tiefen Temperaturen (Schäden sind unwahrscheinlich, da konventioneller Elektrolyt, aber Leistungsverlust?) und der Preis.

Ein geringeres Volumen gewinnt aber erst an Bedeutung, wenn die Kunden irgendwann wieder ein Interesse an Aerodynamik entwickeln. Im Moment ist "nicht schlechter als Li-Io" gut genug und bei Akkus mit großer Kapazität kann man das auch Temperaturproblem durch Temperierung beheben. Bleibt eigentlich nur der Preis. Da schwahnt mir bei "extra dicker Li-Anode" und "CNF" übles für die Demonstrationszelle, aber diesen Parameter kann man im Labormaßstab leider nie beurteilen.

E Fuels?
Ja gut mach mal ne Umfrage was die Leute wollen wenn du ihnen erzählst was eFuels kosten werden und wie viel mehr Windräder und Solar man dafür braucht im Gegensatz zu Akkus.
Wasserstoff ja auch doof, 1 Million Euro pro Zapfsäule dort können dann 3 Menschen schnell tanken, aber dann braucht die Säule ihre 30 bis 40 Minuten Pause.

Aktuelle PKW-H2-Tanksäulen sind für die verschwindend geringe Zahl an Kunden optimiert. Es wäre technisch kein Problem, den benötigten Druck direkt und damit kontinuierlich zu erzeugen, sodass alle 5 Minuten 24/7 jemand tanken könnte. Aber solange nur drei Fahrzeuge pro Woche tanken wollen, scheut man die Ausgaben für derartige Kompressoren. Da befindet sich die Wasserstoffwirtschaft letztlich auf dem technischen Niveau der ersten Benzintankstellen, die wenig mehr als ein Fass mit Schlauch auf einem hohen Podest waren: Schnelles Tanken war möglich, solange das Fass voll war, aber danach musste erst jemand runternehmen und ein neues hochwuchten. Nachdem die Nachfrage stieg, hat man aber ganz schnell in Pumpen investiert, die einem diese Mühe abnahmen.

Ob H2-PKW diesen Punkt jemals erreichen, bleibt aber abzuwarten. In Anbetracht des unvermeidbaren Energieverbrauchs für die 700-bar-Komprimierung und der großen Kompromisse, die die Tankformate beim Innenraumdesign erfordern, kann ich nachvollziehen, warum Porsche & Co lieber in E-Fuels mit Kohlenstoffanteil investieren. Deren Produktion ist derzeit zwar noch ineffizienter, aber es handelt sich um chemische Probleme, die man im Gegensatz zu Physik oft überlisten kann (siehe News-Thema) und die Endprodukte sind nicht nur im Fahrzeug leicht handhabbar (teils sogar in bestehenden), sondern auch über lange Strecken gut transportierbar.

 

[Radus]

Joah, Schwefel ist vielleicht im Überfluss vorhanden, aber "nachhaltig" abgebaut wird der nicht:

Diese Gewinnungsmethode ist wirklich nur eine Nischenerscheinung! Sieht "krass" aus, hat aber mit der Realität wenig gemein.

Das Pendant wäre ein Video zur Ölgewinnung mit Eimern aus Ölseen...

 

[DarkWing13]

Ein großes "Problem" bleibt...Lithium.
Mexiko verstaatlicht gerade seine Minen um die Kontrolle darüber zu behalten und nicht Konzerne.
Aber auch der Schwefel! Schon mal Bilder gesehen vom Schwefel-Abbau und die Umwelt darum herum? )
Klar, ist ja nicht vor der eigenen Haustür, deshalb...

 

[Radus]

Aber auch der Schwefel! Schon mal Bilder gesehen vom Schwefel-Abbau und die Umwelt darum herum? )
Klar, ist ja nicht vor der eigenen Haustür, deshalb...

Des hatte ich weiter oben schon beschrieben. Schwefel wird großtechnisch NICHT so gewonnen!!! Er ist weltweit ein Abfallprodukt!

 

[Gast1675120202]

Egal wie man es dreht oder wendet alle Alternativen werden richtig Geld kosten.

Dann nehmen wir doch die billigste die sogar am effizientesten ist oder?

Aber solange nur drei Fahrzeuge pro Woche tanken wollen, scheut man die Ausgaben für derartige Kompressoren.

Ja und wenn die Säulen jetzt schon 1 Million kosten was kosten sie dann mit hochwertigeren Kompressoren?

Ein großes "Problem" bleibt...Lithium.

Wenn man Lithium Akkus verwendet.
Na Ion von CATL, ab nächstes Jahr in Serie.
1/3 so teuer wie NCM und halb so teuer wie LFP und das ganz ohne Kobalt und Lithium.