Flower Power: Lavendelöl macht Natrium-Schwefel-Batterien langlebiger
Nanokäfige aus Linalool und Schwefel erhöhen die Lebensdauer und Speicherkapazität von Natrium-Schwefel-Akkus.
Lavendelöl könnte helfen, ein Problem der Energiewende zu lösen. Ein Team des Max-Planck-Instituts für Kolloid- und Grenzflächenforschung hat aus Linalool, dem Hauptbestandteil von Lavendelöl, und Schwefel ein Material erzeugt, das Natrium-Schwefel-Batterien langlebiger und leistungsfähiger machen könnte. Solche Batterien könnten Strom aus erneuerbaren Quellen speichern.
Es ist eine entscheidende Frage der Energiewende: Wie lässt sich der Strom aus Windkraft und Fotovoltaik speichern, wenn er gerade nicht benötigt wird? Große Batterien sind da eine Option. Und Schwefel-Batterien, vor allem Natrium-Schwefel-Batterien bieten als stationäre Speicher einige Vorteile gegenüber Lithium-Batterien. Denn die Materialien, aus denen sie hergestellt werden, sind deutlich besser verfügbar als etwa Lithium und Kobalt, zwei wesentliche Komponenten der Lithium-Akkus. Der Abbau dieser beiden Metalle schädigt zudem oft die Umwelt und verursacht vor Ort soziale und politische Verwerfungen. Allerdings können Natrium-Schwefel-Batterien bezogen auf ihr Gewicht weniger Energie speichern als Lithium-Akkus und sind auch nicht so langlebig. Lavendelöl mit seinem Hauptbestandteil Linalool könnte nun helfen, die Lebensdauer von Natrium-Schwefel-Batterien zu verlängern, wie ein Team des Max-Planck-Instituts für Kolloid- und Grenzflächenforschung in der Fachzeitschrift Small berichtet. „Es ist faszinierend, zukünftige Batterien mit etwas zu gestalten, das in unseren Gärten wächst „, sagt Paolo Giusto, Gruppenleiter am Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung.
80 Prozent der Kapazität nach 1500 Ladezyklen
Dass die Speicherkapazität einer Natrium-Schwefel-Batterien gewöhnlich nach wenigen Ladezyklen so weit sinkt, dass der Akku unbrauchbar wird, liegt vor allem am sogenannten Schwefel-Shuttling. Dabei bilden sich Polysulfide, die von einem Pol zum anderen wandern, mit diesem reagieren und letztlich zum Versagen der Batterie führen. Das verhindern Forschende um Evgeny Senokos, der am Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung Alternativen zu Lithiumbatterien entwickelt, dadurch dass sie die Polysulfide in einen Käfig aus Kohlenstoff einsperren. „Wir erzeugen aus Linalool und Schwefel ein stabiles und dichtes Nanomaterial und erhalten so Batterien, die langlebiger sind und eine höhere Energiedichte aufweisen als heutige Natrium-Schwefel-Batterien,“ erklärt Evgeny Senokos. Aus Linalool und Schwefel erzeugen sie für den einen Batteriepol ein nanostrukturiertes Material, dessen Poren etwa 100.000 Mal schmaler sind als ein menschliches Haar. Sie schließen die sperrigen Polysulfide ein. Beim Laden und Entladen der Batterie können die kleinen Natriumionen aber noch in die Poren eindringen beziehungsweise aus ihnen herausströmen. So erreichten die Batteriezellen, die das Potsdamer Team testete, auch nach 1500 kompletten Lade- und Entladezyklen mehr als 80 Prozent der ursprünglichen Ladekapazität. Damit erweist sich die Batterie als langlebig genug für die praktische Anwendung.
Die Kohlenstoff-Nanogefäße, die den Schwefel einschließen, erhöhen aber nicht nur die Lebensdauer von Natrium-Schwefel-Batterien, sondern auch deren Speicherkapazität: Da der Schwefel in dem Käfig fixiert ist, steht er fast vollständig für den Lade- und Entladevorgang zur Verfügung. Das neuartige Kathodenmaterial kann so mehr als 600 Milliamperestunden pro Gramm liefern – das ist der höchste Wert, der bislang für diesen Batterietyp erzielt wurde. Dabei werden mehr als 99 Prozent des Schwefels für die Energiespeicherung genutzt. „Mit einem kreativen Blick auf die Natur finden wir Lösungen für viele Herausforderungen der Energiewende“, sagt Paolo Giusto. „Ich bin zuversichtlich, dass die Industrie bald auf unsere Entwicklung aufmerksam wird und der Technik der Sprung vom Labor in die Praxis gelingt.“
- „Sustainable Sulfur-Carbon Hybrids for Efficient Sulfur Redox Conversions in Nanoconfined Spaces“ – Small | Source | DOI
Quelle
Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung 2025
