Weiter als 500 Kilometer mit einer Ladung - Lithium-Luft-Akkus halten länger

Fife (Großbritannien) - Leichter, billiger und mehr Leistung: Diese Ziele müssen Lithium-Akkus für eine breite Anwendung in Elektromobilen noch erreichen. Sogenannte Lithium-Luft-Zellen gehören zu den viel versprechenden Kandidaten, da sie etwa dreimal mehr Strom speichern können als heutige Lithium-Ionen-Akkus. Doch leiden sie bisher noch unter starkem Kapazitätsverlust nach wenigen Ladezyklen. Britische Wissenschaftler konnten dieses Problem nun ansatzweie beheben. Mit neuen Elektrolyten und einer Gold-Kathode erreichten sie auch nach 100 Ladezyklen 95 Prozent der Kapazität, berichten sie in einer Vorabveröffentlichung der Zeitschrift „Science“. Solche Lithium-Luft-Akkus könnten die Reichweite von Elektroautos von heute 160 Kilometern auf über 550 Kilometern vergrößern.

„Wir konnten zeigen, dass die reversible Bildung und Zersetzung von Lithiumoxid tatsächlich möglich ist“, sagt Peter Bruce von der University of St. Andrews in Fife. Diese umkehrbare Reaktion von metallischem Lithium und dem Sauerstoff der Luft ist die Basis für die hoch effiziente Stromspeicherung. Bruce und Kollegen wählten für ihren Prototyp nun eine nanoporöse Kathode aus Gold und für den Ionentransport im Akku den flüssigen Elektrolyten Dimethylsulfoxid (DMSO). Mit dieser neuen Kombination alterte der Akku selbst nach 100 Ladezyklen nur wenig und verlor gerade mal fünf Prozent seiner Kapazität. Bei allen vorherigen Versuche mit Lithium-Luft-Akkus lagen diese Verluste viel höher bei etwa 20 Prozent nach nur zehn Ladezyklen.

Einsatzreif ist der Lithium-Luft-Akku mit Energiedichten von rund 1.000 Wattstunden pro Kilogramm allerdings noch nicht. Denn eine pure Kathode aus Gold wäre schlicht zu teuer und schwer. Doch mit einer hauchdünnen Goldbeschichtung, beispielsweise auf leichterem Grafit, könnten laut Bruce die gleichen guten Eigenschaften erreicht werden. Zudem gilt es, die Kapazität auch nach bis zu 1.000 Ladezyklen auf einem sehr hohen Niveau zu halten, um zu häufige Akkuwechsel zu vermeiden.

Neben dem Lithium-Luft-System wird derzeit auch an anderen Kombinationen für zukünftige Akkus gearbeitet. Lithium-Eisenphosphat-Zellen konnten sich wegen der geringeren Materialkosten bereits in einigen Bereichen durchsetzen. Und auch die Reaktion von Lithium mit Schwefel unter Bildung von Lithiumsulfid wird derzeit in einigen Laboren untersucht und könnte Elektromobilen Reichweiten von etwa 400 Kilometern bescheren.