Lithium‐Schwefel‐Batterien mit Magerelektrolyt: Herausforderungen und Perspektiven

Energiespeicher finden als wichtige Transformationstechnologie zur kohlenstoffarmen Wirtschaft und nachhaltigen Energieversorgung große Beachtung. Außerordentlich vielversprechend ist hierbei die Lithium‐Schwefel‐Batterie aufgrund ihrer hohen theoretischen Energiedichte. Trotz immenser Fortschritte in den vergangenen Jahren liegt ihre tatsächliche Energiedichte jedoch noch weit unterhalb einer Praxistauglichkeit. Da die Elektrochemie des Schwefels stark von einer Fest/flüssig/fest‐Phasenumwandlung abhängt, spielt die Menge des Elektrolyten für die praktisch erreichbare Leistungsfähigkeit von Li‐S‐Zellen eine wesentliche Rolle. Um den Vorteil der hohen Energiedichte nutzen zu können, muss die Li‐S‐Batterie ein möglichst kleines Elektrolytvolumen mit niedrigem Elektrolyt/Schwefel‐Verhältnis aufweisen. Unter solchen Bedingungen lässt sich eine akzeptable elektrochemische Leistung in Kinetik, Entladekapazität, Coulomb‐Wirkungsgrad und Zyklenfestigkeit jedoch nur sehr schwer erreichen, insbesondere wenn die Kathode einen hohen Schwefelgehalt aufweisen soll. In diesem Aufsatz wird dargestellt, welchen Einfluss das Elektrolyt/Schwefel‐Verhältnis auf die erreichbare Energiedichte und Kosten von Li‐S‐Batterien hat. Für beide elektrochemische Prozesse des Schwefels, Löse‐Abscheide‐ und Festphasenumwandlung, werden Herausforderungen und neueste Entwicklungen beschrieben. Abschließend werden Perspektiven in der Entwicklung von zukünftigen Li‐S‐Magerelektrolyt‐Batterien vorgestellt.