So will Sony Smartphone-Akkus leistungsfähiger machen
Sich schnell leerende Batterien sind eine Krankheit von Smartphones und Tablets. Immerhin scheint Abhilfe auf dem Weg zu sein. Sony experimentiert mit Schwefel, um die Akku-Kapazität um 40 % bei gleicher Größe im Vergleich zu Lithium-Ionen-Akkus zu steigern.
Auch die Ingenieure am Fraunhofer IWS in Dresden arbeiten an Lithium-Schwefel-Akkus. Sony will die Technik zur Marktreife bringen und 2020 erstmals in Smartphones anbieten.
Foto: Fraunhofer IWS
Der japanische Elektronikkonzern Sony plant bis spätestens 2020 die Markteinführung eines wieder aufladbaren Energiespeichers, der die Laufzeit energiehungriger Smartphones, Laptops und kleinerer Elektrogeräte um bis zu 40 % steigern soll. Sony hofft mit einer neuen Akku-Generation auf der Grundlage einer Schwefelverbindung einen großen Sprung bei den Leistungsdaten zu erreichen.
Lithium-Ionen-Batterien stoßen an Grenzen
Heute stecken in Smartphones, Tablets und Laptops überwiegend Lithium-Ionen-Akkus. Sie gelten als die bislang besten verfügbaren Stromspeicher, denn sie liefern bei relativ geringem Gewicht und Volumen die meiste elektrische Leistung. Doch der wachsende Stromverbrauch der Geräte etwa aufgrund leistungsfähigerer Elektronik, datenhungriger Apps und größerer Bildschirme lässt die Batterien an ihre Grenzen stoßen.
Lithium-Ionen-Akkus basieren auf dem Prinzip, dass Elektronen beim Ladevorgang neutral an der Kathode gespeichert werden. Beim Entladen wandern die Elektronen zurück zur Anode. Die meisten Akkus benutzen positive Elektroden aus Lithium-Kobaltoxid und anderen Verbindungen.
Schwefelverbindung erlaubt hohe Speicherdichte
Die neue Batterie von Sony nutzt eine Schwefelverbindung als Material für die positive Kathode, was eine deutlich höhere Speicherdichte erlaubt. Ein Problem mit Lithium-Schwefel-Batterien war bisher, dass diese Verbindungen im Einsatz verdampfen, was eine schnelle Batterieentladung zur Folge hatte.
Sony hat eine Lösung zur Stabilisierung der Batterie gefunden durch Veränderungen der Elektrolytlösung. Das Unternehmen untersucht derzeit die Sicherheit des neuen Produkts und arbeitet am Aufbau einer Massenproduktion.
Die Lithium-Schwefel-Batterie (Li-S) von Sony soll beispielsweise ein iPhone 6, das mit dem Internet verbunden ist, 14 Stunden lang mit Strom versorgen können. Die Akkus sollen bei gleicher Leistung 30 % kompakter sein. Ein weiterer Vorteil ist, dass Schwefel ein Material ist, das auf der Welt im Überfluss vorhanden und damit billig ist.
Zahlreiche neuen Technologien in Arbeit
Lithium-Schwefel-Akkus sind aber nicht die einzige neue Technologie, an der Ingenieure weltweit arbeiten. Aktuell werden auch neuartige Verfahren zur Herstellung von speziellen Lithium-Batterien erforscht, in denen ein fester, nicht brennbarer Elektrolyt verwendet wird. Solche so genannten Lithium-Feststoffbatterien sind sicher und langlebig und haben ebenfalls das Potenzial, die aktuelle Lithium-Ionen-Technik abzulösen.
Raffinerien häufen meterhohe Mengen ungenutzten Schwefelabfalls an.
Quelle: Universität Hamburg
Ein anderer vielversprechender Batterietyp ist die Lithium-Luft-Batterie, die mit einer besonders hohen Energiedichte aufwartet. Bei diesem Akku-Typ besteht die Anode aus metallischem Lithium und einer Kathode aus porösem Kohlenstoff. Luftsauerstoff ist der Ausgangsstoff. Solche „atmenden“ Batterien haben einen großen Gewichtsvorteil gegenüber anderen Typen, da sie einen der Hauptbestandteile – die Luft – nicht schwer mit sich herumtragen müssen.
Hohe Erwartungen an Li-S-Akkus
Lithium-Schwefel-Batterien wird allerdings aufgrund ihrer hohen Energiedichte und Lebensdauer ein besonders hohes Potenzial zugesprochen. Große Elektronikfirmen wie LG, Samsung SDI und Hitachi arbeiten ebenfalls mit Nachdruck an der Entwicklung von Lithium-Schwefel-Batterien.
Obwohl Sony 1991 den ersten, einfachen Lithium-Ionen-Akku auf den Markt brachte, hat der japanische Konzern einem jüngsten Bericht von Techno Systems Research zufolge nur einen Marktanteil in diesem Bereich von 8 %. Samsung SDI, LG Chem und Panasonic dagegen haben jeweils einen Anteil von 20 %.
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