Ein Schwefelakku hat im Labor 9000 Ladezyklen über neun Monate durchlaufen. Am Ende verfügte die untersuchte Zelle noch über 75,8 Prozent ihrer anfänglichen Kapazität. Möglich macht den langen Betrieb eine gezielt aufgebaute Mischung aus Schwefel, Jod und Kohlenstoff. Der Versuch zeigt einen Fortschritt bei Feststoffbatterien, aber noch keine entsprechende Lebensdauer eines Elektroautoakkus.
Monatelang wurde dieselbe kleine Batterie geladen und wieder entladen. Die am 9. Oktober 2026 veröffentlichten Ergebnisse machen vor allem durch die Zahl von 9000 Ladezyklen auf sich aufmerksam. Ein Team um Huimin Song und Quanquan Pang entwickelte dafür eine positive Elektrode, in der Jod den Ladungsaustausch unterstützt. An der Arbeit waren auch Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie und der Justus-Liebig-Universität Gießen beteiligt. Der in Nature Communications beschriebene Schwefelakku wurde unter kontrollierten Laborbedingungen untersucht. Seine lange Zyklenfolge ist deshalb ein Ergebnis für einen genau festgelegten Zellaufbau, keine pauschale Eigenschaft aller Batterien mit Schwefel. Auch die verbleibende Kapazität gehört zwingend zur Leistungsangabe. Die Zelle funktionierte nach dem Test weiter, hatte aber einen Teil ihrer anfänglichen Speicherfähigkeit verloren. Das unterscheidet einen belastbaren Langzeitbefund von der irreführenden Vorstellung einer Batterie, die beliebig oft ohne Verschleiß geladen werden könnte.
Lithium-Schwefel-Batterien sind interessant, weil Schwefel bei der elektrochemischen Reaktion viel Ladung bezogen auf seine Masse aufnehmen und abgeben kann. Diese Materialeigenschaft allein reicht jedoch nicht für einen guten Stromspeicher. Elektronen und Lithiumionen müssen die vorgesehenen Reaktionsorte erreichen, die Bauteile müssen Kontakt halten, und die Umsetzung muss auch beim nächsten Ladezyklus wieder funktionieren. Bei einer Feststoffbatterie übernimmt ein Festelektrolyt den Ionentransport anstelle einer flüssigen Elektrolytlösung. Damit verändert sich auch das Problem an den Grenzflächen: Feste Teilchen müssen so miteinander verbunden sein, dass die Reaktion tatsächlich stattfinden kann. Eine Flüssigkeit kann viele Oberflächen benetzen; feste Materialien benötigen dagegen passende Kontaktstellen. Der neue Ansatz zielt deshalb nicht lediglich auf einen größeren Schwefelvorrat. Er soll dafür sorgen, dass vorhandenes aktives Material leichter und wiederholt an der Reaktion teilnimmt. Entscheidend ist die innere Organisation der Elektrode, nicht allein die Auswahl ihrer chemischen Bestandteile.
In der positiven Elektrode müssen mehrere Aufgaben gleichzeitig erfüllt werden. Kohlenstoff stellt leitfähige Wege für Elektronen bereit, während der feste Elektrolyt Lithiumionen transportiert. Das schwefelhaltige aktive Material muss beide Ladungsträger erreichen können, damit es umgesetzt wird. Fehlt an einer Stelle der geeignete Kontakt, kann dort vorhandenes Material elektrochemisch nur eingeschränkt genutzt werden. Dazu kommt, dass die beteiligten Stoffe beim Laden und Entladen nicht unverändert bleiben. Ihre Zusammensetzung und ihr Volumen ändern sich während der Reaktion, wodurch sich auch die Kontaktverhältnisse verschieben können. Eine zunächst gut verbundene Elektrode muss daher nicht nach vielen Zyklen dieselbe innere Struktur besitzen. Das erklärt, weshalb eine hohe theoretische Speicherkapazität und eine lange praktische Lebensdauer unterschiedliche Entwicklungsziele sind. Mehr aktives Material einzufüllen löst das Kontaktproblem nicht automatisch. Unter ungünstigen Bedingungen steigt damit sogar der Anteil von Material, das für einen schnellen oder vollständigen Ladungsaustausch schlecht erreichbar ist.
Die Forscher bringen Schwefel und Jod in sehr kleinen Poren eines Kohlenstoffgerüsts zusammen. Dadurch entsteht eine auf kleinster Skala durchmischte, amorphe Struktur statt einer Ansammlung großer, voneinander getrennter Kristalle. Das Jod übernimmt dabei eine aktive Rolle: Es kann zwischen verschiedenen chemischen Zuständen wechseln und so den Elektronentransfer unterstützen. Ein solcher Stoff wird als Redoxvermittler bezeichnet. Wichtig ist nicht nur, dass er grundsätzlich vorhanden ist, sondern dass er die relevanten Bereiche der Elektrode erreicht. Genau dafür wird er bereits bei der Herstellung eng mit dem Schwefel verbunden. Aus materialwissenschaftlicher Sicht verändert sich damit die Organisation der Reaktionsorte. Der Ansatz versucht nicht, die begrenzte Leitfähigkeit von Schwefel durch einen einzelnen Zusatz an beliebiger Stelle zu überdecken. Er verteilt den vermittelnden Bestandteil dort, wo die Umsetzung stattfinden soll. Die beschriebenen Untersuchungen sprechen dafür, dass dadurch die langsamen Reaktionen zwischen den festen Komponenten erleichtert und wiederholbar gemacht werden können.
Die besonders lange Zyklenfolge wurde bei einer festgelegten Lade- und Entladerate von 2C erreicht. Diese Bezeichnung setzt den elektrischen Strom ins Verhältnis zu einer definierten Kapazität; sie ist keine frei übertragbare Angabe zur Ladezeit eines Autos. Im betreffenden Langzeittest betrug der Anteil des schwefel- und jodhaltigen aktiven Materials in der positiven Elektrode 50 Gewichtsprozent. Nach neun Monaten und 9000 Zyklen blieben 75,8 Prozent der anfänglichen Kapazität erhalten. Damit sind drei Informationen miteinander verbunden: die Anzahl der Wiederholungen, die tatsächlich verstrichene Zeit und der verbleibende Leistungszustand. Wer nur die erste Zahl nennt, lässt einen wesentlichen Teil des Ergebnisses weg. Auch die konkrete Materialbeladung gehört zum Versuchsaufbau. Eine kleine Laborzelle mit einer dünnen Elektrode ist nicht automatisch ein verlässliches Modell für eine wesentlich größere Zelle mit mehr gespeichertem Material pro Fläche. Die hohe Zyklenzahl zeigt deshalb zunächst die Stabilität genau dieser untersuchten Kombination.
Zyklenfestigkeit und kalendarische Alterung sind außerdem nicht dasselbe. Eine Batterie kann durch wiederholtes Laden und Entladen an Kapazität verlieren, aber auch während längerer Standzeiten altern. Welche Prozesse überwiegen, hängt unter anderem vom Materialsystem und den Betriebsbedingungen ab. Aus einem Versuch über neun Monate lässt sich daher keine Nutzung über mehrere Jahrzehnte ableiten, indem die Zahl der Ladezyklen einfach durch die Kalendertage geteilt wird. Ebenso wenig belegt er, dass ein Fahrzeug nach entsprechend vielen Ladevorgängen noch dieselbe Reichweite hätte. Dafür wären ein vergleichbarer Zellaufbau, vergleichbare Belastungen und eine ausreichend lange Beobachtung erforderlich. Der aktuelle Test liefert eine andere, trotzdem wichtige Information: Unter den gewählten Bedingungen blieb die elektrochemische Umsetzung über sehr viele Wiederholungen nutzbar. Gerade für ein System, dessen feste Grenzflächen die Reaktion erschweren können, ist das ein relevanter Befund. Seine Stärke liegt im nachgewiesenen Durchhaltevermögen der Versuchszelle, nicht in einer daraus hochgerechneten Lebensdauer eines späteren Produkts.
Die Veröffentlichung untersucht neben der Lebensdauer auch hohe Laderaten und Elektroden mit unterschiedlichen Anteilen beziehungsweise Mengen aktiven Materials. Diese Ergebnisse stammen jedoch nicht sämtlich aus derselben Konfiguration. Eine Zelle kann bei einer bestimmten hohen Strombelastung gut funktionieren, während eine stärker beladene Variante andere Grenzen erreicht. Deshalb dürfen die jeweils besten Einzelwerte nicht zu einer vermeintlichen Idealbatterie zusammengesetzt werden. Für einen praktischen Speicher müssten lange Lebensdauer, hohe nutzbare Kapazität und geeignete Ladeleistung in einem gemeinsamen Aufbau nachgewiesen werden. Dasselbe gilt für Angaben zur spezifischen Kapazität: Ein Wert bezogen auf das aktive Schwefel-Jod-Material berücksichtigt nicht automatisch das Gewicht von Elektrolyt, Gegenelektrode, Kontakten und Gehäuse. Für die Reichweite eines Elektroautos zählt hingegen das gesamte Batteriesystem. Ein sehr gutes Ergebnis pro Gramm Aktivmaterial ist somit ein Baustein der Entwicklung, aber noch keine vollständige Energiedichteangabe einer gebrauchsfertigen Zelle. Die Unterscheidung verhindert, dass Labordaten mehr versprechen, als tatsächlich gemessen wurde.
Die Verbindung von Schwefel und Jod wurde nicht erst für die aktuelle Studie vorgeschlagen. Schon 2024 berichtete eine andere Forschungsgruppe über eine elektrisch besser leitende und durch Erwärmung strukturell reparierbare Elektrode. Die damalige Mitteilung des Brookhaven National Laboratory beschreibt einen eigenen Materialansatz, der Kontaktverluste zwischen festen Bestandteilen verringern sollte. Dieser historische Vergleich macht die aktuelle Neuerung genauer sichtbar: Es geht nicht darum, dass Jod erstmals überhaupt in einer Schwefelbatterie vorkommt. Die neue Arbeit konzentriert sich auf seine räumlich enge Einbettung und seine Rolle als Vermittler der Reaktion. Die Eigenschaften des früheren Materials dürfen deshalb nicht einfach auf die neue Zelle übertragen werden. Insbesondere bedeutet die verwandte Stoffkombination nicht, dass der aktuelle Langzeitversuch automatisch denselben Reparaturmechanismus nutzte. Beide Arbeiten bearbeiten ein ähnliches Grundproblem, verfolgen aber unterschiedliche Wege, um die innere Funktionsfähigkeit einer festen Elektrode zu erhalten.
Die Messungen erfolgten in kleinen Druckzellen, deren Komponenten mechanisch zusammengepresst wurden. Ein solcher Aufbau hilft, feste Kontaktflächen im Labor kontrolliert zu untersuchen. Für ein Fahrzeug wären jedoch eine wesentlich größere Bauform, geeignete Gegenelektroden und ein technisch praktikables Druckmanagement erforderlich. Die überwiegend verwendete indiumhaltige Gegenelektrode ist zudem nicht einfach mit einem späteren, auf hohe Energiedichte optimierten Serienakku gleichzusetzen. Die Autoren benennen selbst weitere Herausforderungen, etwa die Stabilität an Lithiumgrenzflächen und geeignete feste Elektrolyte. Auch Sicherheit lässt sich nicht allein aus dem Begriff Feststoff ableiten: Ein langfristig funktionierender Ladeversuch ersetzt keine gezielte Prüfung von Überlastung, Beschädigung oder anderen Fehlerfällen. Der Fortschritt bleibt dennoch konkret. Eine gezielte Veränderung der positiven Elektrode ermöglicht eine lange Folge von Ladezyklen und unterstützt schnelle Reaktionen zwischen festen Materialien. Ob diese Vorteile gemeinsam in größeren, praxisnahen Zellen erhalten bleiben, ist der entscheidende nächste Nachweis. Erst dann lässt sich belastbar beurteilen, welches Potenzial der Ansatz außerhalb des Labors besitzt.
Nature Communications, Fast-charging and durable all-solid-state lithium-sulfur batteries enabled by pre-embedded solid-solid redox mediator; doi:10.1038/s41467-026-78042-6
Mit KI-Unterstützung erstellt
Wählen Sie Forschung und Wissen bei Google als bevorzugte Quelle oder folgen Sie uns per RSS-Feed.