Aluminium-Schwefel-Batterie: Eine neue Super-Batterie?

Die neuartige Aluminium-Schwefel-Batterie kann alle Zellen innerhalb von einer Minute vollständig aufladen, ist robust und günstig zu produzieren. Klingt nach einer neuen Super-Batterie, oder? Was es damit auf sich hat und wo der Haken ist, erklären wir im Folgenden. 

Aufbau und Funktionsweise der Aluminium-Schwefel-Batterie

Forschern der US-Universität „Massachusetts Institute of Technology“ (MIT) ist es bei der Forschung an neuen Möglichkeiten der Stromspeicherung gelungen, eine neuartige Batterie zu entwickeln: die Aluminium-Schwefel-Batterie. Die Batterie hat sich bereits nach kürzester Zeit den Spitznamen der Super-Batterie erarbeitet, denn sie ist: 

• 1. robust
• 2. innerhalb kürzester Zeit geladen
• 3. kompakt
• 4. günstig in der Herstellung durch hohe Verfügbarkeit der Ressourcen Aluminium und Schwefel

Der Haken an der Sache: Sie funktioniert am effektivsten bei Temperaturen um den Siedepunkt von Wasser. 

Aufbau der Aluminium-Schwefel-Batterie 

Für die zwei Elektroden der Batterie sind, wie der Name bereits sagt, Aluminium und Schwefel nötig. Diese werden durch eine Schicht aus Chloraluminat-Salz isoliert, das einen deutlich niedrigeren Schmelzpunkt hat als die meisten anderen Salze. Er liegt nahe dem Siedepunkt von Wasser (100 Grad Celsius). Durch die hohe Verfügbarkeit der Materialien ist die Herstellung der Super-Batterie deutlich günstiger als die anderer Batterieformen.  

Aluminium ist das Metall, das auf der Erde am häufigsten vorkommt. Laut Statista macht es circa acht Prozent der Erdkruste aus – zum Vergleich: Das teurere Metall Eisen nimmt einen Anteil von nur fünf Prozent ein. In Kombination mit Schwefel, dem billigsten aller Nichtmetalle, und den Salzen ergibt sich eine preiswerte Batterie. 

Knackpunkt Temperatur: Die Super-Batterie mag es warm

Die Salzelektrolyte der Aluminium-Schwefel-Batterie funktionieren zum jetzigen Zeitpunkt am effektivsten ab Temperaturen um 100 Grad Celsius. Die Forscher des MIT machten den Test: Bei der optimalen Arbeitstemperatur von 110 Grad wurden 25-mal bessere Laderaten erzielt als bei einer Arbeitstemperatur von 25 Grad. Für die Erwärmung der Batterie braucht es keine externen Kräfte. Durch das Laden und Entladen der Zelle erreicht diese die benötigten hohen Temperaturen ganz von selbst. 

Vorteile der Aluminium-Schwefel-Batterie

Der Prototyp der Aluminium-Schwefel-Batterie übersteht in ersten Tests bereits mehrere Hundert Ladezyklen bei außergewöhnlich hoher Spannung unbeschadet, kostet nur ein Sechstel einer herkömmlichen Lithium-Ionen-Zelle und lädt sich innerhalb einer Minute auf. Speziell diese drei Faktoren machen die Batterie zu einem spannenden Forschungsfall, denn die Einsatzbereiche für einen derartigen Energiespeicher sind vielseitig. 

Die Nutzung der Salzelektrolyten bringt zudem ungemeine Vorteile mit sich. Beispielsweise sind sie nicht brennbar – dadurch lässt sich ausschließen, dass eine Aluminium-Schwefel-Batterie durch Überhitzung Feuer fängt. Auch die Entwicklung von Dendriten findet bei der neuartigen Batterie nicht statt. Die kleinen Metallnadeln bilden sich bei manchen anderen Batterien nach langem Gebrauch zwischen den Elektroden, mindern die Speicherfähigkeit der Zellen oder sorgen sogar für einen Kurzschluss der Batterie, was diese völlig unbrauchbar macht.  

Die Super-Batterie in Gebrauch: Haus, Ladesäule und Co.

Die Forscher des MIT spielen bereits mit dem Gedanken, die Super-Batterie beispielsweise in Ladesäulen für E-Autos unterzubringen. Wenn es in der Zukunft dazu kommen sollte, dass mehrere Autos gleichzeitig an Ladesäulen Strom laden – so, wie es heute an Tankstellen mit Kraftstoff der Fall ist – lässt sich ein drastischer Ausbau des Stromnetzwerks mithilfe der Super-Batterie verhindern. Denn: Die Batterie kann große Strommengen speichern und bei Bedarf in Sekundenschnelle wieder abgeben. Die aktuelle Lösung der Verkabelung von Ladesäulen mit dem Stromnetz, die zu hoher Belastung dieses führt, ließe sich so also umgehen.  

Durch die Aluminium-Schwefel-Batterie lassen sich in Zukunft immer effizientere Stromspeichersysteme herstellen – und das ist unbedingt nötig. Der Ausbau von erneuerbaren Energien wie Wind- und Solaranlagen erfordert eine zwingende Weiterentwicklung der bisherigen Energiespeicher, denn die Sonne geht unter und der Wind bleibt auch mal aus. Für diese Momente gilt es im Vorhinein enorme Energiemengen zu speichern, auf die sich dann zurückgreifen lässt – hier kommen die neuen Stromspeichersysteme ins Spiel. Die Batteriearchitektur der Aluminium-Schwefel-Batterie ließe sich beispielsweise für kleine bis mittelgroße Akkus nutzen, die zum Beispiel bei der Speicherung von Strom durch Fotovoltaikanlagen Verwendung finden.