Eine Kooperation für grünere Batterien

TAKEAWAYS:

• Industriekooperation: Das Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung kooperiert bei der Entwicklung von Natrium-Schwefel-Batterien mit dem australisch-britischen Batteriehersteller Gelion.
• Optimierte Natrium-Schwefel-Batterien: Schwefel-Kohlenstoff-Materialien, die am Institut entwickelt wurden, erhöhen die Lebensdauer und die Energiedichte.
• Forschungsförderung und Patente: Der Kooperationsvertrag sieht unter anderem vor, dass Gelion mit 600.000 Euro die Weiterentwicklung der Schwefel-Kohlenstoff-Materialien unterstützt und im Gegenzug exklusiv Patente aus der Forschung lizenzieren kann..

 

 

 

Natrium-Schwefel-Batterien könnten ein Problem der Energiewende lösen: Sie sollen Strom aus Windkraft und Fotovoltaik kostengünstig und umweltverträglich speichern. Denn Wind und Sonne liefern nicht immer dann Energie, wenn sie am meisten gebraucht wird. Allerdings ist die Lebensdauer von Natrium-Schwefel-Batterien noch begrenzt. Ein Team um Markus Antonietti, Direktor am Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung, hat jedoch unter anderem ein Kathodenmaterial aus Schwefel und Kohlenstoff entwickelt, das die Lebensdauer wesentlich verlängert und die Batterien leistungsfähiger macht.

Forschungsförderung und exklusive Lizenzen

Nun hat das Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung einen Kooperationsvertrag mit dem australisch-britischen Batteriehersteller Gelion geschlossen, um die Schwefel-Kohlenstoff-Materialien für die breite industrielle Anwendung weiterzuentwickeln. „Wir freuen uns, mit Gelion zusammenzuarbeiten, um unsere bahnbrechende Schwefelbatterie-Technologie zu vermarkten“, sagt Markus Antonietti. „Gemeinsam wollen wir erschwingliche, nachhaltige und leistungsstarke Energielösungen anbieten, um den globalen Anforderungen gerecht zu werden.“

Der Kooperationsvertrag sieht vor, dass Gelion die entsprechende Forschung am Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung für drei Jahre mit 600.000 Euro fördert und im Gegenzug Patente, die aus der Forschung resultieren, exklusiv  lizenzieren darf. Markus Antonietti wird Gelion im Rahmen der Kooperation zudem bei der Entwicklung von Natrium-Schwefel-Batterien beraten. Schließlich werden am Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler ausgebildet, denen dann bei Gelion eine Karriere offen stehen soll. „Das bedeutet, wir haben uns auf eine lange, aber vielversprechende Reise begeben – von münzgroßen Labortests bis hin zu großformatigen stationären Batterien als Alternative zu herkömmlichen Lithium-Batterien“, erklärt Markus Antonietti.

Schwefel-Kohlenstoff-Nanomaterialien schließen schädliche Polysulfide ein

Lithium-Ionen-Batterien setzen zwar immer noch den Goldstandard in der Batterietechnik, aber  Lithium ist ein knappes Gut, und seine Nutzung ist mit erheblichen ökologischen Schäden verbunden: von der energieintensiven Gewinnung über die Verarbeitung bis hin zur Entsorgung giftiger Rückstände. Natrium und Schwefel hingegen sind reichlich vorhanden, kostengünstig und für die Umwelt viel unbedenklicher als manche Komponente von Lithium-Ionen-Batterien. Natrium – man denke an gewöhnliches Kochsalz – lässt sich aus Meerwasser oder Salzlagerstätten gewinnen. Schwefel fällt als Nebenprodukt der Erdöl- und Erdgasindustrie an.

Allerdings litten Natrium-Schwefel-Batterien bislang unter einem technischen Problem namens Polysulfid-Shuttling – dabei entstehen lösliche Polysulfide, die zwischen den Elektroden wandern können und so die Batterie schädigen und ihre Lebensdauer verkürzen. Genau hier könnten die Schwefel-Kohlenstoff-Materialien, die in der Abteilung von Markus Antonietti entwickelt wurden, Abhilfe schaffen. Denn sie werden von Nanoporen durchzogen, die die Polysulfide einschließen. So behielt eine Testbatterie nach 1.500 Lade- und Entladezyklen noch 80 Prozent ihrer ursprünglichen Kapazität. Außerdem ermöglichen es die Nanomaterialien, mehr als 99 Prozent des Schwefels für die Energiespeicherung zu nutzen, und erhöhen somit die ohnehin hohe Energiedichte einer Natrium-Schwefel-Batterie. „Schwefel ermöglichte schon immer eine hohe Energiedichte, aber es gab Probleme mit der Leistung und der Lebensdauer“, sagt John Wood, CEO von Gelion. „Indem wir die Ansätze von Gelion und von Max-Planck kombinieren, ergibt sich nun das Potenzial, alle drei Eigenschaften in einer Zelle zu optimieren.“

Gelion konstruiert erste Prototypen

Gelion hat bislang vor allem an Lithium-Schwefel-Batterien gearbeitet, die durch die Max-Planck-Materialien ebenfalls langlebiger und leistungsfähiger werden könnten. Nun wird das Unternehmen auch in die Entwicklung von Natrium-Schwefel-Batterien einsteigen und konstruiert derzeit einen Prototypen, der 100-mal größer ist als die münzgroße Zelle aus dem Max-Planck-Labor. „Gemeinsam haben Gelion und das Max-Planck-Institut außergewöhnliche Fähigkeiten,“ sagt Thomas Maschmeyer, Gründer und Direktor von Gelion. „So können wir eine kostengünstige und sichere Energiespeicherung entwickeln, die äußerst attraktive Leistungsmerkmale aufweist und einige der am besten verfügbaren Elemente nutzt – Kohlenstoff, Natrium und Schwefel.“

MF/PH