China stellt Lithium-Schwefel-Batterie vor für deutlich längere Drohnenflüge

Lithium-Schwefel-Batterien gelten seit langem als eine Alternative der nächsten Generation, da Schwefel kostengünstig, reichlich vorhanden ist und deutlich höhere Energiemengen speichern kann. Die Chemie bleibt jedoch bei wiederholten Lade- und Entladezyklen schwer stabil zu halten. Ein Molekül stoppt den Energieverlust.

Eine der größten Herausforderungen bei Lithium-Schwefel-Batterien ist die Bildung löslicher Zwischenverbindungen während des Betriebs. Diese Verbindungen wandern durch die Batterie, verursachen langsame Reaktionen und verringern die Effizienz im Laufe der Zeit. Um dies zu lösen, haben die Forscher einen sogenannten „Premediator" für die Schwefelelektrochemie eingeführt.

Nach Angaben der Forscher bleibt das Additiv bis zum Beginn der Schwefelreaktion inaktiv. „Stellen Sie es sich als ein spezielles Additiv vor, das in der Batterie schläft, bis es benötigt wird. Sobald die Schwefelreaktion startet, wacht das Additiv genau dort auf, wo die Aktion stattfindet, und beginnt zu wirken", sagte Zhou Guangmin, ein Forscher am Tsinghua SIGS, der Nachrichtenagentur Xinhua.

Moegliche Anwendungen

Sobald aktiviert, fängt das Molekül die wandernden Zwischenverbindungen ein und verbessert den Ladungstransport innerhalb der Batterie. Die Forscher stellten fest, dass das neue Design schnellere Reaktionspfade schafft und den gesamten elektrochemischen Prozess stabilisiert. Das Team hat zudem das interne Reaktionsnetzwerk auf molekularer Ebene neu gestaltet.

Nach Angaben der Forscher reduzierte der neue Ansatz den internen Batteriewiderstand um 75 Prozent im Vergleich zu herkömmlichen Lithium-Schwefel-Designs. In Labortests hielt die Batterie über 800 Lade-Entlade-Zyklen eine stabile Leistung auf und behielt dabei nahezu 82 Prozent ihrer ursprünglichen Kapazität. Drohnen gewinnen an Reichweite.

Zudem entwickelten die Forscher einen Prototyp einer Taschenzelle, der eine Energiedichte von 549 Wattstunden pro 2,2 Pfund erreichte – fast das Doppelte der Energiedichte vieler derzeit eingesetzter Drohnenbatterien. „Für Drohnen ist das ßer Bedeutung. „Eine höhere Energiedichte bedeutet längere Flugzeiten, größere Nutzlasten und einen größeren Aktionsradius", sagte Zhou.

Moegliche Anwendungen

Das Team erklärte, die Technologie könne mehrere Drohnenanwendungen verbessern, darunter Paketlieferung, Inspektion Notfällen, bei denen längere Flugzeiten entscheidend sind. „Eine Lieferdrohne kann weiter fliegen, um Pakete abzuliefern. Eine Inspektionsdrohne für Stromleitungen kann in einem Durchgang mehr Türme abdecken. Eine Such- und Rettungsdrohne kann länger in der Luft bleiben, wenn jede Minute zählt", fügte Zhou hinzu.

Neben Drohnen glauben die Forscher, dass die molekulare Designstrategie auch für Strömungsbatterien, Lithium-Metal-Batterien und Batterierückgewinnungstechnologien adaptiert werden kann. Die Studie wurde in der Zeitschrift Nature veröffentlicht.