Macht Platz, Lithium: Aluminium- und Schwefelbatterien lösen eine Energierevolution aus

Im Januar 2024 berichtete eine Studie in Nature Communications über eine Aluminium-Schwefel-Batterie, die bei 85 °C mit einem geschmolzenen Chloroaluminat-Elektrolyten betrieben wurde und nach 1.400 Zyklen bei 1C noch 85,4 % ihrer Kapazität behielt.
Stanfords Aluminium-Ionen-Batterie-Prototyp von 2015 verwendete eine Aluminium-Anode und eine Graphit-Kathode, was ultraschnelles Laden (etwa eine Minute) und über 7.500 Zyklen bei etwa 2 V ermöglichte.
Im Jahr 2014 demonstrierte Phinergy ein Auto, das mit Aluminium-Luft-Batterien etwa 1.100 Meilen fahren konnte.
Aluminium-Luft-Batterien bieten etwa die dreifache Energiedichte pro Gewicht im Vergleich zu Lithium-Ionen-Batterien.
Im Januar 2023 demonstrierte das Argonne National Laboratory Li–S-Zellen mit einer redoxaktiven Zwischenschicht, die den Shuttle-Effekt nahezu eliminierte und über 700 Zyklen ermöglichte.
Lithium-Schwefel-Zellen haben in Labors Energiedichten von etwa 400–500 Wh/kg gezeigt, und NASAs SABERS-Projekt strebt etwa 500 Wh/kg für die elektrische Luftfahrt an.
Im August 2022 präsentierte Donald Sadoway vom MIT eine Aluminium-Schwefel-Batterie mit Aluminium-Anode und Schwefel-Kathode, die geschmolzene Salz-Elektrolyte für einen kostengünstigen und sicheren Betrieb nutzt.
Im Oktober 2024 kündigte Lyten Pläne an, die weltweit erste Li–S-Batterie-Gigafactory in Nevada zu bauen, mit einem Ziel von 10 GWh/Jahr bis 2027.
Im März 2025 sammelte Theion 15 Millionen Euro ein, um kristalline Schwefel-Li–S-Zellen zu skalieren, mit dem Anspruch auf die dreifache Energiedichte von Li-Ionen, ein Drittel der Kosten und ein Drittel der CO₂-Emissionen, mit Plänen, von Knopfzellen zu größeren Pouch-Zellen überzugehen.
Im Jahr 2023 präsentierten Phinergy und die Indian Oil Corporation das erste aluminium-luftbetriebene Fahrzeug Indiens, was auf ein Einsatzpotenzial im Markt hindeutet.

Stellen Sie sich Batterien vor, die aus gewöhnlicher Aluminiumfolie und Schwefelpulver bestehen und alles vom Haus bis zum Elektroauto zu einem Bruchteil der heutigen Kosten antreiben. Aluminium- und schwefelbasierte Batterien entwickeln sich zu vielversprechenden Alternativen zu herkömmlichen Lithium-Ionen-Zellen und bieten das verlockende Potenzial für günstigere, sicherere und nachhaltigere Energiespeicherung. In diesem Bericht gehen wir darauf ein, was diese Aluminium- und Schwefelbatterien sind, wie sie funktionieren, welche verschiedenen Typen in Entwicklung sind (einschließlich einer spannenden Kombination aus Aluminium und Schwefel), ihre Vorteile und Herausforderungen, die wichtigsten Akteure hinter den Durchbrüchen und wie Innovationen der Jahre 2024–2025 die saubere Energie und Elektromobilität verändern könnten. (Alle Quellen sind zur Glaubwürdigkeit angegeben.)

Was sind Aluminium- und Schwefelbatterien?

Aluminiumbatterien und Schwefelbatterien stehen für zwei große Familien von wiederaufladbaren Batterietechnologien der nächsten Generation, die die Einschränkungen heutiger Lithium-Ionen-Batterien überwinden wollen. Einfach gesagt, sie nutzen Aluminium oder Schwefel (oder beides) in ihren elektrochemischen Reaktionen, anstatt sich ausschließlich auf Lithium-basierte Chemien zu verlassen. Wie jede Batterie bestehen auch diese aus drei Hauptteilen – einer positiven Elektrode (Kathode), einer negativen Elektrode (Anode) und einem Elektrolyten dazwischen, der beim Laden und Entladen Ionen transportiert. Der entscheidende Unterschied liegt in der Chemie: In Aluminiumbatterien dient das Metall Aluminium oft als Anode (und liefert in manchen Designs die ladungstragenden Ionen), während in Schwefelbatterien das Element Schwefel typischerweise als Kathodenmaterial dient und Ionen von einer Metallanode (wie Lithium oder Natrium) aufnimmt.

Warum Aluminium oder Schwefel erforschen? Beide Elemente sind im Vergleich zu Lithium und Kobalt, die in Li-Ionen-Zellen verwendet werden, unglaublich reichlich vorhanden und kostengünstig. Aluminium ist das am häufigsten vorkommende Metall in der Erdkruste und hat eine sehr hohe theoretische Kapazität zur Speicherung von Ladung (jedes Al-Atom kann 3 Elektronen abgeben, was ihm eine Ladungskapazität von 2,98 Ah pro Gramm verleiht, was enorm ist) nature.com. Schwefel ist eines der günstigsten nichtmetallischen Elemente (oft ein Nebenprodukt der Erdölraffination) und kann sich mit zwei Lithium-Ionen pro Atom verbinden, was ein sehr hohes Energiespeicherpotenzial ermöglicht nature.com, anl.gov. Prinzipiell könnten Batterien, die Aluminium oder Schwefel verwenden, mehr Energie pro Gewichtseinheit speichern und deutlich weniger kosten als heutige Lithium-Ionen-Akkus. Wie Forscher des Argonne National Laboratory erklären, „Schwefel ist extrem reichlich vorhanden und kosteneffizient und kann mehr Energie speichern als herkömmliche ionenbasierte Batterien.“ anl.gov Ebenso ist Aluminium günstig, weit verbreitet und speichert Ladung sowohl nach Gewicht als auch nach Volumen sehr dichtnature.com.

Ein weiterer wichtiger Antrieb ist Sicherheit und Nachhaltigkeit. Lithium-Ionen-Batterien verwenden brennbare organische Flüssigelektrolyte und benötigen oft seltene Metalle (wie Kobalt, Nickel, Lithium), die Lieferketten- und ethische Probleme verursachen. Im Gegensatz dazu können viele Aluminium- und Schwefelbatterie-Designs nicht brennbare Elektrolyte (wie ionische Flüssigkeiten oder geschmolzene Salze) verwenden und Konfliktmineralien vermeiden. Ein aktuelles Lithium-Schwefel-Batteriedesign verwendet beispielsweise nur „reichlich verfügbare lokale Materialien und eliminiert die Notwendigkeit für abgebaute Mineralien wie Nickel, Kobalt, Mangan und Graphit“, so das Batterie-Startup Lyten lyten.com. MIT-Professor Donald Sadoway – ein führender Batterie-Innovator – sucht explizit nach „billigen, auf der Erde reichlich vorhandenen“ Zutaten, um etwas zu erfinden, das „viel besser als Lithium-Ionen“ ist, und hat sich in seiner neuesten Batterietechnologie für Aluminium als Anode und Schwefel als Kathode entschieden news.mit.edu.

Kurz gesagt, Aluminium- und Schwefelbatterien sind ein Versuch, eine günstigere, sicherere und ethischere Batterie zu bauen, indem Elemente verwendet werden, die reichlich vorhanden (kein globaler Engpass), kostengünstig und von Natur aus hochkapazitiv sind. Schauen wir uns nun an, wie diese Batterien in der Praxis funktionieren und welche verschiedenen Typen in der Entwicklung sind.

Wie funktionieren sie? (Batterie-Grundlagen in einfacher Sprache)

Aluminium-basierte Batterien verwenden typischerweise Aluminium-Metall als Anode. Wenn die Batterie entlädt, gibt das Aluminium-Metall Elektronen ab (wodurch ein elektrischer Strom erzeugt wird) und Aluminium-Ionen (Al³⁺), die durch den Elektrolyten zur Kathode wandern. Je nach Batterietyp werden diese Aluminium-Ionen entweder in ein Kathodenmaterial eingelagert (interkaliert) oder reagieren damit. Zum Beispiel werden in einer Aluminium-Ionen-Batterie Al³⁺-Ionen in eine geschichtete Kathode (wie Graphit oder ein Metalloxid) eingelagert und beim Laden wieder herausgelöst news.stanford.edu. In einer Aluminium-Schwefel-Batterie reagieren die Aluminium-Ionen an der Kathode mit Schwefel und bilden beim Entladen Aluminium-Schwefel-Verbindungen, die beim Laden wieder zu Aluminium-Metall zurückkehren nature.com. Und in Aluminium-Luft-Batterien reagiert Aluminium-Metall an einer speziellen Kathode mit Sauerstoff aus der Luft und bildet Aluminiumoxid oder -hydroxid – eine Reaktion, die Strom freisetzt, bis die Aluminium-Anode verbraucht ist.

Schwefel-basierte Batterien beinhalten meist eine Schwefel-Kathode, die mit einer Metall-Anode kombiniert wird (Lithium ist am häufigsten, aber auch Natrium sowie Magnesium oder Aluminium können verwendet werden). Am Beispiel der Lithium-Schwefel-(Li-S)-Batterie: Beim Entladen geben Lithium-Metall-Atome an der Anode Elektronen ab und werden zu Lithium-Ionen (Li⁺), die durch den Elektrolyten zur Schwefel-Kathode wandern. Der Schwefel (S₈-Moleküle) wird dort durch Aufnahme von Lithium-Ionen in Lithiumsulfid (Li₂S) umgewandelt – im Wesentlichen nimmt Schwefel Lithium-Ionen auf und Elektronen, um neue Verbindungen zu bilden und Energie in den chemischen Bindungen zu speichern. Beim Laden kehrt sich dieser Prozess um: Die Lithium-Ionen verlassen den Schwefel und kehren zur Anode zurück, und der Schwefel wird regeneriert. Da jedes Schwefelatom zwei Lithiumatome binden kann und S₈-Ringe in verschiedene Lithium-Polysulfid-Moleküle zerfallen können, können Li-S-Batterien theoretisch 3–5 Mal mehr Energie pro Gewicht speichern als Li-Ionen-Batterien. Natrium-Schwefel-(Na-S)-Batterien funktionieren analog mit Natrium-Ionen und bilden typischerweise Natrium-Polysulfide oder Natriumsulfid.

In all diesen Batterien pendeln Ionen hin und her durch einen Elektrolyten, während Elektronen durch einen externen Stromkreis fließen – so lädt und entlädt sich die Batterie. Der Elektrolyt kann eine Flüssigkeit, ein Gel oder ein Feststoff sein, der den Ionen die Bewegung ermöglicht, aber die Elektronen zwingt, durch den Stromkreis zu fließen (was Ihr Gerät mit Energie versorgt). Wichtig ist, dass einige dieser neuen Chemien spezielle Elektrolyte benötigen, um zu funktionieren. Aluminium-Ionen-Batterien setzen oft auf ionische Flüssigkeiten oder geschmolzene Salz-Elektrolyte, da Al³⁺-Ionen stark mit typischen Lösungsmitteln interagieren. Tatsächlich wurden wiederaufladbare Aluminium-Batterien erst möglich, als Forscher eine ionische Flüssigkeit bei Raumtemperatur (auf Basis von Chloroaluminat-Salzen) fanden, die Aluminium-Ionen effizient in eine Graphit-Kathode ein- und ausschleusen lässt news.stanford.edu. Ähnlich verwenden Lithium-Schwefel-Batterien oft modifizierte flüssige Elektrolyte oder Festelektrolyte, um Probleme zu vermeiden, die wir später besprechen werden (wie das Auslaufen von Schwefel in den Elektrolyten).

Zusammengefasst in einfachen Worten: Aluminiumbatterien erzeugen Energie, indem das Aluminium-Metall pro Atom mehrere Elektronen abgibt (unglaublich hohe Ladung pro Metallatom) und Bindungen entweder mit einer Kathodenstruktur oder mit Sauerstoff/Schwefel eingeht, während Schwefelbatterien Energie erzeugen, indem ein leichtes, reichlich vorhandenes Element (Schwefel) Metallionen und Elektronen in energiereiche Verbindungen aufnimmt. Beide Designs gehen über den einfachen Lithium-Ionen-Transfer heutiger Batterien hinaus und könnten pro Ladung mehr Leistung liefern. Als Nächstes schauen wir uns die spezifischen Varianten dieser Batterien an, die derzeit entwickelt werden.

Arten von Aluminium-basierten Batterien

Forscher untersuchen mehrere Batterietypen, die Aluminium auf unterschiedliche Weise nutzen:

Wiederaufladbare Aluminium-Ionen-Batterien (Al-Ion): Diese Batterien verwenden Aluminium-Metall als Anode und typischerweise eine graphitische Kathode mit einem speziellen ionischen Flüssigelektrolyten. Ein berühmtes frühes Beispiel stammt von der Stanford University aus dem Jahr 2015, wo Wissenschaftler einen Prototyp einer Aluminium-Ionen-Batterie mit einer Aluminium-Anode und einer Graphit-Kathode in einer ionischen Flüssigkeit demonstrierten. Sie zeigte ultraschnelles Laden (eine kleine Zelle konnte in etwa einer Minute geladen werden!) und eine extrem lange Lebensdauer (über 7.500 Ladezyklen ohne Kapazitätsverlust) news.stanford.edu. Die Stanford-Zelle war zudem sehr sicher – Forscher konnten durch die Pouch-Zelle bohren, ohne dass sie Feuer fing, im Gegensatz zu Lithium-Zellen news.stanford.edu. Allerdings hatte sie eine niedrigere Spannung (~2 Volt, etwa die Hälfte der Spannung einer typischen Li-Ionen-Zelle) news.stanford.edu, was bedeutet, dass mehr Zellen in Reihe geschaltet werden müssten, um nützliche Spannungen zu erreichen. Wichtiges Merkmal: Al-Ionen-Batterien versprechen schnelles Laden, lange Lebensdauer und erhöhte Sicherheit (keine feuergefährlichen Komponenten), unter Verwendung günstiger Materialien (Aluminium und Kohlenstoff) news.stanford.edu. Laufende Forschung zielt darauf ab, ihre Energiedichte zu erhöhen, indem bessere Kathoden und Elektrolyte gefunden werden, um Spannung und Kapazität zu steigern news.stanford.edu. Mehrere Gruppen weltweit (von Stanford bis zu chinesischen Universitäten news.mit.edu) treiben die Aluminium-Ionen-Technologie voran. Beispielsweise untersuchen Forscher verschiedene Kathodenmaterialien (sogar Metallsulfide nature.com), um Aluminium-Ionen effektiver zu speichern nature.com.
Aluminium-Luft-Batterien: Aluminium-Luft ist eine Primärbatterie (nicht elektrisch wiederaufladbar, aber möglicherweise mechanisch „betankbar“), bei der Aluminium-Metall mit Sauerstoff aus der Luft reagiert, um Strom zu erzeugen. Diese Zellen haben eine beeindruckend hohe Energiedichte, da die Kathode einfach Umgebungsluft ist – was die Batterie extrem leicht macht. Tatsächlich können Aluminium-Luft-Packs auf Systemebene etwa die dreifache Energie pro Gewicht im Vergleich zu Lithium-Ionen-Batterien haben evreporter.com. Der Nachteil ist, dass, sobald die Aluminium-Anode zu Aluminiumhydroxid oder -oxid oxidiert, die Zelle „verbraucht“ ist und frisches Aluminium benötigt, um weiterzumachen. Das macht Aluminium-Luft eher zu einer Brennstoffzelle oder einem Reichweitenverlängerer: Man würde eine neue Aluminiumplatte einsetzen (und die gebrauchte recyceln), anstatt sie zum Laden anzuschließen. Unternehmen wie Phinergy in Israel sind seit Jahren Vorreiter bei Aluminium-Luft-Systemen. In Zusammenarbeit mit der Indian Oil Corporation testen sie Aluminium-Luft-Batterien in Elektrofahrzeugen und stationären Backup-Einheiten. Im Jahr 2023 demonstrierten sie in Indien ein kleines Elektroauto, das über 500 km mit Aluminium-Luft-Zellen fuhr, bevor es eine Aluminium-„Betankung“ benötigteevreporter.com. Phinergys CEO David Mayer betont, dass die Aluminium-Luft-Technologie „sicher, nicht entflammbar“ ist, keine schwere Ladeinfrastruktur benötigt und (durch Austausch des Aluminiums) „in wenigen Minuten“ statt in Stunden wieder aufgeladen werden kann evreporter.com. Der Nachteil ist der Aufbau einer gesamten Lieferkette zur Massenproduktion und zum Recycling von Aluminiumplatten. Dennoch ist diese Technologie bereits in Nischen kommerziell: z. B. werden Phinergys Aluminium-Luft-Einheiten als Notstromversorgung für Telekommunikationstürme (anstelle von Dieselgeneratoren) in Israel und Europa eingesetzt evreporter.com. Aluminium-Luft-Batterien werden die wiederaufladbare Batterie in Ihrem Handy vielleicht nicht direkt ersetzen, könnten aber als Reichweitenverlängerer für Elektrofahrzeuge oder für Langzeitspeicherung dienen – sie bieten einen riesigen Energiereservoir, das man regelmäßig austauscht.
Aluminium-Schwefel-Batterien: Faszinierenderweise kombinieren einige Forscher Aluminium und Schwefel in einer Batterie – sie verwenden Aluminium als Anode und Schwefel als Kathode, mit einem geschmolzenen Salz oder einem ionischen Flüssigkeitselektrolyten. Dieser hybride Ansatz versucht, das Beste aus beiden Elementen zu nutzen: die hohe Anodenkapazität von Aluminium und die hohe Kathodenkapazität von Schwefel, alles mit unglaublich günstigen Materialien. Im August 2022 stellte ein Team unter der Leitung von Donald Sadoway vom MIT ein neues Aluminium-Schwefel-Batteriedesign vor, das sofort wegen seiner niedrigen Kosten und Leistung Schlagzeilen machte. Es verwendet geschmolzene Chloroaluminat-Salze als Elektrolyt, die bei einer moderaten Temperatur (etwa 110 °C, ähnlich wie eine heiße Tasse Kaffee) betrieben werden, um das Salz flüssig zu halten news.mit.edu. Der beheizte Elektrolyt war eine clevere Wahl: Er ist nicht nur nicht brennbar und kostengünstig, sondern verhinderte auch Dendriten – diese lästigen Metallspitzen, die Batterien kurzschließen können. Wie Sadoway sagte, hat das gewählte Salz „diese unkontrollierten Dendriten im Grunde außer Betrieb gesetzt und gleichzeitig sehr schnelles Laden ermöglicht“ news.mit.edu. Seine Aluminium-Schwefel-Prototypzelle konnte in weniger als einer Minute geladen werden, ohne einen Kurzschluss zu verursachen, und lief über Hunderte von Zyklen mit geschätzten Zellkosten von etwa einem Sechstel der vergleichbaren Lithium-Ionen-Zellen news.mit.edu. Das ist eine riesige Kostenreduktion, bestätigt von externen Analysten; die Materialkosten für diese Batterien könnten laut Science-Magazin news.mit.edu um 85 % niedriger sein als bei Lithium-Ionen. Die Vision ist, solche Zellen für die stationäre Speicherung (z. B. Speicherung von Solarenergie für die nächtliche Nutzung) und möglicherweise zur Unterstützung des Schnellladens von Elektrofahrzeugen einzusetzen. Sadoways Design wird von einem Startup namens Avanti kommerzialisiert, das die Zellen in naher Zukunft hochskalieren und Stresstests durchführen will news.mit.edu. Inzwischen treiben andere Gruppen das Aluminium-Schwefel-Konzept weiter voran: Im Januar 2024 berichteten Forscher in China über eine wiederaufladbare Al-S-Batterie, die bei 85 °C (knapp unter dem Siedepunkt von Wasser, noch leichter zu halten) mit hervorragender Lebensdauer betrieben werden kann – über 1.400 Zyklen mit nur 15 % Kapazitätsverlust und der Möglichkeit, bei dieser Temperatur schnell zu laden nature.com. Die Senkung der Betriebstemperatur unter 100 °C bedeutet, dass einfaches Heißwasserheizen die Batterie erhalten könnte, was „das Thermomanagement erheblich vereinfacht“ und den Weg für breitere Anwendungen ebnet nature.com. Fazit: Aluminium-Schwefel-Batterien könnten ein Game-Changer für die Netzspeicherung und vielleicht für bestimmin Fahrzeugen, indem sie ultragünstige, feuerfeste Batterien liefern, die das auf der Erde reichlich vorhandene Aluminium (das häufigste Metall) und Schwefel (das billigste Nichtmetall) verwenden news.mit.edu.

Arten von schwefelbasierten Batterien

Mehrere Batterietechnologien nutzen Schwefelkathoden in Kombination mit verschiedenen Anoden:

Lithium-Schwefel (Li-S)-Batterien: Lithium-Schwefel ist eine der am meisten untersuchten „Post-Lithium“-Chemien wegen ihres extrem hohen Energiepotenzials. Eine Li-S-Zelle kann theoretisch bis zu 5-mal so viel Energie pro Gewicht wie eine Lithium-Ionen-Zelle speichern, da Schwefel sehr leicht ist und jedes Schwefelatom mehrere Lithiumatome binden kann. In der Praxis haben Li-S-Batterien im Labor bereits Energiedichten von etwa 400–500 Wh/kg gezeigt (etwa doppelt so viel wie Li-Ionen) businessaviation.aero, apricum-group.com. Sie sind auch attraktiv, weil sie sehr günstig und umweltfreundlich sind – Schwefel kostet fast nichts und ist reichlich vorhanden, und Li-S-Zellen enthalten weder Kobalt noch Nickel. Allerdings ist die Achillesferse von Li-S die Lebensdauer und Stabilität. Traditionelle Li-S-Prototypen litten unter dem „Polysulfid-Shuttle“-Effekt: Zwischenprodukte aus Schwefel (Polysulfide) lösen sich während des Zyklierens im Elektrolyten und wandern zur Lithium-Anode, was zu Selbstentladung, Korrosion und schnellem Kapazitätsverlust führt anl.gov. Sie unterliegen auch erheblichen „Atmungs“- (Volumen-)Veränderungen – Schwefel dehnt sich beim Laden/Entladen stark aus und zieht sich zusammen, was die Zellstruktur beschädigen kann reuters.com. Diese Probleme führten dazu, dass frühe Li-S-Batterien nach nur wenigen Dutzend Zyklen ausfielen. Die gute Nachricht ist, dass jüngste Durchbrüche diese Probleme lösen. Forscher haben nanostrukturierte Kohlenstoffkathoden und Elektrolytadditive entwickelt, um Polysulfide einzufangen und die Lebensdauer zu verlängern nature.com. Im Januar 2023 demonstrierte das Argonne National Lab eine Li-S-Zelle mit einer speziellen porösen „redox-aktiven“ Zwischenschicht, die das Shuttle-Problem nahezu eliminierte und es der Batterie ermöglichte, über 700 Zyklen bei hoher Kapazität zu überstehen anl.gov. „Frühere [Schwefel-]Batterien unterdrückten das Shuttling nur, opferten aber Energie. Unsere Schicht erhöht die Speicherkapazität und unterdrückt das Shuttle“, erklärte Argonne-Chemiker Guiliang Xu anl.gov. Das deutet darauf hin, dass Li-S-Batterien sowohl energiegeladen als auch langlebig sein können. Tatsächlich liefern sich Unternehmen nun ein Rennen um die Kommerzialisierung: Lyten, ein Start-up aus Kalifornien, hat eine Lithium-Schwefel-Zelle entwickelt, die mit proprietären 3D-Graphen-Materialien verstärkt ist und 2024–2025 Nischenmärkte wie Drohnen, Luft- und Raumfahrt sowie Verteidigung anvisiert lyten.com. Lyten behauptet, dass seine Li-S-Batterien 40 % leichter als heutige Lithium-Ionen-Batterien sind (und 60 % leichter als Eisenphosphat-Batterien), während sie in der Massenproduktion günstiger sind, da Nickel, Kobalt und andere teure Materialien entfallen lyten.com. Ein weiteres Unternehmen, Theion (Deutschland), arbeitet an kristallinen Schwefelkathoden und hat kürzlich Li-S-Zellen mit dreifacher Energiedichte im Vergleich zu Li-Ionen bei nur einem Drittel der Kosten und potenziell einem Drittel der Produktions-Emissionen gemeldet reuters.com. Theions CEO Ulrich Ehmes sagte, dass ihre Batterien – die die Korrosionsprobleme durch die Verwendung einer stabilen Schwefelform und eines vor-expandierten Designs vermeiden – in Elektrofahrzeugen „vor Ende des Jahrzehnts“ eingesetzt werden könnten, wenn die Entwicklung planmäßig verläuft reuters.com. Kurz gesagt, Lithium-Schwefel-Batterien stehen kurz davor, vom Labor auf den Markt zu kommen und versprechen ultraleichte, hochenergetische Akkupacks für Anwendungen, bei denen jedes Kilogramm zählt (Elektroflugzeuge, Langstrecken-EVs, Raumfahrt).
Natrium-Schwefel (Na-S) Batterien: Natrium und Schwefel mögen wie ein unwahrscheinliches Paar klingen (Natrium ist extrem reaktiv, und frühe Na-S-Batterien liefen heiß bei 300°C), aber diese Chemie hat eine lange Tradition in der Netzspeicherung. Hochtemperatur-Na-S-Batterien werden seit Jahrzehnten in der Energiespeicherung im Versorgungsmaßstab eingesetzt (insbesondere von NGK in Japan) – sie arbeiten mit geschmolzenem Natrium und Schwefel, die durch einen festen Keramikelektrolyten getrennt sind, und bieten eine gute Effizienz und Langlebigkeit für stationäre Speicher. Allerdings begrenzte die Notwendigkeit, sie bei ~300 °C zu halten, eine breitere Anwendung. In letzter Zeit gibt es Begeisterung über Natrium-Schwefel-Batterien bei Raumtemperatur, die eine kostengünstige, sichere Alternative für die großtechnische Speicherung bieten könnten. Ende 2022 kündigte ein Team der Universität Sydney eine „kostengünstige Batterie mit der vierfachen Kapazität von Lithium-Ionen“ an, die ein neues Na-S-Design bei Raumtemperatur verwendet sydney.edu.au. Durch die Verwendung einer porösen Kohlenstoffelektrode und einer einfachen Wärmebehandlung (Pyrolyse), um eine reaktivere Form von Schwefel zu erzeugen, erreichten sie eine superhohe Kapazität und eine extrem lange Lebensdauer bei Raumtemperatur und überwanden damit die bisher „träge“ Leistung von Na-S sydney.edu.au. Der leitende Forscher Dr. Shenlong Zhao sagte, diese Natrium-Schwefel-Batterie „hat das Potenzial, die Kosten drastisch zu senken und gleichzeitig viermal so viel Speicherkapazität zu bieten. Das ist ein bedeutender Durchbruch für die Entwicklung erneuerbarer Energien…“ sydney.edu.au. Tatsächlich sind Natrium und Schwefel sogar noch häufiger und billiger als Lithium, sodass eine erfolgreiche Na-S-Batterie ein Segen für die Energiespeicherung im Netz sein könnte – sie würde große Batterien für Wind-/Solarparks mit minimalen Kosten ermöglichen. Während Na-S-Zellen nicht mit Li-Ionen für kompakte E-Fahrzeuge konkurrieren können (Natrium ist schwerer, und diese Zellen sind derzeit größer), könnten sie ein entscheidender Bestandteil von der sauberen Energieinfrastruktur werden und eine sichere und kostengünstige Speicherung bieten, wenn die Sonne nicht scheint oder der Wind nicht weht sydney.edu.au. Weltweit (China, Australien, Europa) wird weiter daran geforscht, Na-S-Batterien bei Raumtemperatur für die Kommerzialisierung zu optimieren.
Andere schwefelbasierte Batterien: Über Li-S und Na-S hinaus haben Forscher mit Schwefelkathoden in Kombination mit anderen Metallen wie Magnesium oder Calcium experimentiert und sogar Schwefel mit Aluminium kombiniert (wie zuvor besprochen). Diese Multivalent-Metall-Schwefel-Batterien (bei denen das Metallion mehr als eine Ladung trägt, z. B. Al³⁺ oder Mg²⁺) sind aus demselben Grund attraktiv wie Aluminium oder Schwefel allein – Verfügbarkeit und hohe Kapazität – aber sie stehen vor noch schwierigeren chemischen Herausforderungen und befinden sich größtenteils in frühen Forschungsstadien advanced.onlinelibrary.wiley.com. Beispielsweise haben Magnesium-Schwefel-Zellen Probleme mit der Elektrolytkompatibilität und langsamer Kinetik. Festkörper-Schwefelbatterien sind eine weitere hochmoderne Variante: Durch die Verwendung eines Festelektrolyten (oft ein Sulfid oder Polymer) versuchen Wissenschaftler, Li-S-Zellen sicherer zu machen (keine brennbare Flüssigkeit) und den Polysulfid-Shuttle vollständig zu unterdrücken onlinelibrary.wiley.com, businessaviation.aero. Die NASA entwickelt aktiv eine Festkörper-Lithium-Schwefel-Batterie (Projekt SABERS) mit einer Schwefel-Selen-Kathode und einem neuartigen Festelektrolyten, die Energiedichten von ~500 Wh/kg erreicht und sich für die elektrische Luftfahrt eignet businessaviation.aero. Der Reiz von Schwefel – leicht, reichlich vorhanden, leistungsstark – hat ihn ins Zentrum vieler futuristischer Batteriekonzepte gerückt.

Nachdem wir nun die Landschaft der Aluminium- und Schwefelbatterietypen betrachtet haben, können wir vergleichen, wie sich diese Technologien im Vergleich zu den dominierenden Lithium-Ionen-Batterien schlagen und welche einzigartigen Vorteile sie bieten.

Wesentliche Vorteile und Pluspunkte gegenüber Lithium-Ionen

Sowohl aluminium- als auch schwefelbasierte Batterien versprechen erhebliche Vorteile bei Kosten, Nachhaltigkeit und Leistung, sofern ihre Entwicklung erfolgreich weitergeht. Hier sind die wichtigsten Vorteile:

🌎 Reichlich vorhandene, kostengünstige Materialien: Aluminium und Schwefel sind fast überall billig und reichlich vorhanden. Aluminium ist das am häufigsten vorkommende Metall in der Erdkruste, und Schwefel ist ein häufiges Nebenprodukt der Raffination. Das bedeutet, dass die Materialkosten drastisch niedriger sein können. Ein Bericht von Science stellte fest, dass die Rohstoffe für eine Aluminium-Schwefel-Batterie 85 % günstiger sein könnten als die für Lithium-Ionen-Batterien news.mit.edu. Theion (ein Schwefelbatterie-Startup) behauptet ebenfalls, dass ihre Zellen nur ein Drittel so viel kosten werden wie Li-Ionen-Zellen reuters.com. In Sadoways Worten sind diese Batterien „ethisch gewonnen, billig [und] effektiv“ news.mit.edu – sie vermeiden teure Metalle, die oft mit problematischem Bergbau verbunden sind. Die Nutzung reichlich vorhandener Ressourcen bedeutet auch weniger Engpässe in der Lieferkette; wir werden keinen Lithium- oder Kobaltengpass erleben, wenn sich Aluminium- und Schwefelbatterien durchsetzen.
🔥 Verbesserte Sicherheit (nicht entflammbar): Viele neue Aluminium/Schwefel-Batterien sind so konzipiert, dass sie deutlich sicherer sind. Anstelle von brennbaren organischen Elektrolyten können sie anorganische Schmelzsalze oder feste Elektrolyte verwenden, die nicht entflammbar sind news.mit.edu. Von Stanford und MIT demonstrierte Aluminium-Ionen- und Aluminium-Schwefel-Zellen „fangen kein Feuer, selbst wenn man sie durchbohrt“ oder bei hohen Temperaturen betrieben werden news.stanford.edu, news.mit.edu. Ebenso können Schwefelkathoden in Kombination mit festen oder Gel-Elektrolyten einen thermischen Durchgehen besser verhindern als herkömmliche Li-Ionen-Batterien. Phinergys Aluminium-Luft-System ist von Natur aus nicht brennbar und „sicher, nicht entflammbar“ im Betrieb evreporter.com. Die erhöhte Sicherheit schützt nicht nur die Nutzer, sondern vereinfacht auch Transport und Herstellung (keine teure Kühlung oder Brandschutzmaßnahmen in Batteriepaketen nötig).
⚡ Hohe Energiedichte & geringes Gewicht: Beide Chemien bieten das Potenzial für höhere Energiespeicherung pro Gewicht als heutige Batterien. Lithium-Schwefel-Batterien haben zum Beispiel in Prototypen ~500 Wh/kg erreicht businessaviation.aero – etwa doppelt so viel wie die besten Li-Ionen-Batterien, was deutlich leichtere Batteriepakete ermöglicht. Lyten berichtet, dass seine Li-S-Zellen bis zu 40 % leichter als Li-Ionen-Pakete bei gleicher Energie sein werden lyten.com. Theion strebt das 3-fache der Energiedichte von Li-Ionen an reuters.com. Für Elektrofahrzeuge und Flugzeuge könnte dies eine größere Reichweite oder eine höhere Nutzlast bei gleichem Batteriegewicht bedeuten. Aluminium-Luft ist in Sachen Energiedichte überragend (damit wurde vor einigen Jahren eine Rekordfahrt von 1.100 Meilen mit einem einzigen Aluminium-Luft-„Tank“ aufgestellt), allerdings ist ein Nachfüllen erforderlich. Selbst Aluminium-Ionen-Batterien, obwohl sie theoretisch weniger Energie als Li-S speichern, können bei der Leistungsdichte glänzen – die Stanford-Zelle konnte in einer Minute vollständig geladen werden news.stanford.edu, was auf Batterien hindeutet, die so schnell aufgeladen werden wie ein Benzintank gefüllt ist. Kurz gesagt, diese Technologien könnten entweder viel mehr Energie (für lange Nutzungsdauer) oder viel schnellere Entlade-/Laderaten als Li-Ionen liefern – oder beides.
🔋 Potenzial für lange Lebensdauer: Richtig konstruiert könnten Aluminium- und Schwefelbatterien genauso lange oder länger halten als Li-Ionen-Batterien. Aluminium-Metall-Anoden bilden nicht die gleichen Dendriten wie Lithium (insbesondere mit den richtigen Elektrolyten) news.mit.edu, daher können sie sehr langlebig sein. Die Stanford-Al-Ionen-Zelle überstand mehr als 7.500 Zyklen (eine Größenordnung mehr als Li-Ionen) news.stanford.edu. Schwefelzellen hatten historisch eine geringe Lebensdauer, aber neue Designs (Zwischenschichten, Festkörper usw.) erreichen Hunderte oder Tausende von Zyklen mit minimalem Verlust anl.gov, nature.com. Für stationäre Speicher ist eine Batterie, die zuverlässig jeden Tag über 10+ Jahre arbeitet, entscheidend, und die Entwickler dieser Chemien konzentrieren sich stark auf die Stabilität.
♻️ Umwelt- & Ethische Vorteile: Da sie leicht verfügbare Materialien verwenden, vermeiden diese Batterien die Umweltschäden, die mit dem Abbau und der Verarbeitung seltener Metalle wie Kobalt, Nickel und Lithium verbunden sind. Außerdem wird der eingebettete CO₂-Fußabdruck der Batterie reduziert. Theion schätzt, dass ihre Schwefel-Batteriezellen bei der Produktion nur ein Drittel des CO₂ im Vergleich zu Li-Ionen-Zellen ausstoßen werden reuters.com. Schwefel ist oft ein Abfallprodukt (Millionen Tonnen lagern auf Halden), daher ist die Verwendung in Batterien im Grunde Recycling von Industrieabfällen. Auch Aluminium ist sehr gut recycelbar – eine bestehende globale Recycling-Infrastruktur könnte genutzt werden, um Aluminium aus verbrauchten Batterien einfach zurückzugewinnen. Ethisch gesehen umgeht die Nutzung von Schwefel und Aluminium die Kinderarbeit und Menschenrechtsprobleme, die den Kobalt-Abbau plagen. All diese Faktoren bedeuten, dass Next-Gen-Batterien über ihren gesamten Lebenszyklus nachhaltiger und sozial verantwortlicher sein könnten.
💡 Schnellladen und hohe Leistung: Einige Aluminium/Schwefel-Designs zeigen eine ultraschnelle Ladefähigkeit. Wir haben die 60-Sekunden-Ladung in Labortests erwähnt news.stanford.edu. Außerdem haben Aluminium-Schwefel-Zellen im Labor bei sehr hohen Laderaten gearbeitet (z. B. Laden mit 1C oder mehr bei erhöhter Temperatur mit exzellenter Retention) nature.com. Aluminium-Luft kann „sofort“ wieder aufgeladen werden, indem das Aluminium ausgetauscht wird. Diese Eigenschaften könnten eines der größten Verbraucherprobleme bei E-Autos und Geräten – lange Ladezeiten – entschärfen und zudem eine hohe Leistungsabgabe bieten, wenn sie benötigt wird (man stelle sich Werkzeuge oder E-Autos mit Aluminium-Batterien vor, die einen kräftigen Schub liefern, ohne dass die Spannung einbricht).

Es ist wichtig zu beachten, dass nicht jeder dieser Vorteile gleichermaßen für alle Varianten gilt (zum Beispiel liefert Aluminium-Luft viel Energie, ist aber nicht elektrisch wiederaufladbar; Aluminium-Ionen lädt schnell, hat aber eine niedrigere Spannung; Li-S ist superleicht, hat aber derzeit eine moderate Zyklenlebensdauer). Dennoch ist das Gesamtversprechen von Aluminium- und Schwefelbatterien, dass wir die Kosten und die Abhängigkeit von seltenen Materialien drastisch senken können, während wir in den wichtigsten Bereichen Sicherheit, Energie und Leistung gleichwertige oder bessere Ergebnisse erzielen.

Herausforderungen und technische Hürden

Wenn Aluminium- und Schwefelbatterien so großartig sind, warum sind sie dann noch nicht überall? Die Wahrheit ist, dass diese Technologien vor erheblichen Herausforderungen stehen, die Forscher und Ingenieure noch zu überwinden versuchen:

Polysulfid-Shuttle und Kathodenabbau (Schwefelprobleme): In Lithium-Schwefel- und anderen Batterien mit Schwefelkathode war das berüchtigte Polysulfid-Shuttle-Problem ein Showstopper. Während des Batteriebetriebs durchläuft Schwefel Zwischenstufen, die sich im Elektrolyten lösen und zur Anode wandern können, was zu Selbstentladung, Verlust von aktivem Material und sogar schädlichen Reaktionen mit der Anode führt anl.gov. Dies führt zu einem schnellen Kapazitätsverlust. Außerdem neigen Schwefelkathoden dazu, stark zu quellen und zu schrumpfen (bis zu ~80 % Volumenänderung), wenn sie zu Lithiumsulfid umgewandelt werden und zurück reuters.com. Dieses „Atmen“ kann die Kathode im Laufe der Zeit pulverisieren oder sie von den Stromkollektoren ablösen. Obwohl neue Strategien (wie das Hinzufügen von Schutz-Zwischenschichten anl.gov, die Verwendung von nanostrukturierten Kohlenstoffträgern oder Festkörperelektrolyten) diese Probleme gemildert haben, bleibt es eine große Herausforderung, sicherzustellen, dass eine Schwefelbatterie unter realen Bedingungen Hunderte von Zyklen durchhält.
Dendriten- und Plattierungsprobleme (Metallanoden): Aluminium-Metallanoden können wie andere Metallanoden Dendriten (dünne, leitfähige Filamente) beim Wiederaufladen bilden, was das Risiko eines Kurzschlusses der Zelle birgt. Tatsächlich war ein Hauptgrund, warum Aluminium-Batterien lange Zeit gescheitert sind, dass niemand das Plattieren/Abscheiden von Aluminium zuverlässig wiederholen konnte – es bildete sich oft ein „moosartiger“ Belag oder es wurde durch die Bildung einer Oxidschicht auf der Oberfläche deaktiviert. Die ionischen Flüssigkeiten und Schmelzsalz-Elektrolyte haben viel dazu beigetragen, dieses Problem zu „zähmen“ (ein Team berichtete sogar, dass ihre Schmelzsalz-Al-Batterie „nie Zellen durch Dendriten-Kurzschluss verloren hat“ bei Schnellladetests news.mit.edu). Aber wenn ein konventionellerer Elektrolyt verwendet würde, könnten Dendriten oder Nebenreaktionen mit der Oxidschicht von Aluminium problematisch sein. Ebenso entstehen, wenn Lithium-Metall als Anode in Schwefelbatterien verwendet wird (üblich bei Li-S-Designs), Lithium-Dendriten und Sicherheitsprobleme, insbesondere bei Verwendung von flüssigen Elektrolyten. Forscher kombinieren Li-S häufig mit Schutzmembranen oder Festkörper-Designs, um Lithium-Dendriten zu verhindern.
Niedrige Betriebsspannung und Energieeffizienz (Aluminium-Ionen): Aluminium-Ionen-Batterien, insbesondere solche mit Interkalation (z. B. Graphitkathoden), haben typischerweise eine niedrigere Zellenspannung als Li-Ionen. Stanfords berühmte Aluminium-Ionen-Zelle lieferte etwa 2,0 Volt news.stanford.edu, während eine Lithium-Ionen-Zelle ~3,7 V Nennspannung hat. Das liegt zum Teil an der Chemie der Al³⁺-Interkalation und den Einschränkungen des Elektrolyten. Niedrigere Spannung bedeutet, dass mehr Zellen in Serie geschaltet werden müssen (was die Komplexität und einen gewissen Energieverlust erhöht), um die gewünschte Batteriespannung zu erreichen. Es gibt auch das Problem, dass multivalente Ionen wie Al³⁺ eine träge Kinetik in Festkörpern aufweisen – das Bewegen eines +3 geladenen Ions ist schwieriger als eines +1 Ions wie Li⁺, daher ist es schwierig, hohe Leistung zu erzielen, es sei denn, die Temperatur wird erhöht oder spezielle Elektrolyte werden verwendet nature.com. Einige Al-Batterien funktionieren nur bei erhöhten Temperaturen (60–100 °C) gut, was ihre Verwendung in Unterhaltungselektronik erschweren könnte (niemand möchte eine ständig heiße Batterie im Handy!). Die gute Nachricht: Innovationen bei Elektrolyten (wie das Hinzufügen bestimmter Salze oder die Verwendung neuer Mischungen) verbessern die Aluminium-Ionen-Leitfähigkeit bei niedrigeren Temperaturen nature.com.
Temperaturanforderungen: Wie bereits erwähnt, verwenden mehrere Aluminium- und Natrium-basierte Designs Schmelzsalz-Elektrolyte, die warm gehalten werden müssen. Zum Beispiel läuft die MIT-Aluminium-Schwefel-Batterie optimal bei etwa 110 °C news.mit.edu, und selbst die verbesserte Variante läuft bei 85 °C nature.com. Auch wenn das nach industriellen Maßstäben nicht extrem heiß ist, bedeutet es, dass ein Batteriepack isoliert werden und vielleicht eine kleine Heizung benötigen würde, um im richtigen Bereich zu bleiben. Das ist für stationäre Speicher (wo eine kühlschrankgroße Batterie ein Thermomanagement haben kann) in Ordnung, aber eine Herausforderung für tragbare Anwendungen und E-Fahrzeuge, es sei denn, die Wärme kann sich selbst erhalten (Sadoways Zelle heizt sich selbst während des Zyklus, um die Temperatur zu halten news.mit.edu). Der Betrieb bei hohen Temperaturen erfordert auch eine robuste Abdichtung und Sicherheitsüberlegungen (der Vorteil ist jedoch, dass keine Brandgefahr besteht). Forscher arbeiten daran, die Betriebstemperaturen zu senken und erforschen sogar Raumtemperatur-Chemien für sowohl Al- als auch Na-basierte Systeme nature.com.
Ladeinfrastruktur und „Betankung“ (Al-Air): Einzigartig bei Aluminium-Luft- (und ähnlichen Metall-Luft-)Systemen ist das Problem, dass sie nicht durch Anschließen an ein Ladegerät wiederaufladbar sind. Man muss die Aluminium-Anode ersetzen oder recyceln, sobald sie verbraucht ist. Dafür muss eine komplette Infrastruktur geschaffen werden, um Aluminiumplatten oder -kartuschen auszutauschen, die verbrauchten einzusammeln und das Aluminium zu recyceln (wahrscheinlich durch einen Schmelzprozess, der mit Strom betrieben wird und das Aluminium effektiv „wiederauflädt“). Indian Oil und Phinergy arbeiten aktiv an diesem Ökosystem evreporter.com, aber es ist ein anderes Paradigma als Tankstellen oder Ladestationen. Ohne breite Unterstützung könnte Aluminium-Luft eine Nische bleiben. Zusätzlich muss das Nebenprodukt von Aluminium-Luft (Aluminiumhydroxid) behandelt werden – es kann jedoch zu neuem Aluminium oder anderen Produkten recycelt werden.
Hochskalierung der Produktion und Integration: Die Lithium-Ionen-Technologie hat einen 30-jährigen Vorsprung mit massiver Produktionskapazität, optimierten Lieferketten und einer gut ausgebildeten Belegschaft. Jede neue Batterietechnologie steht vor der Herausforderung, vom Labormaßstab oder Pilotmaßstab auf Gigafactory-Niveau zu kommen. Aluminium- und Schwefelbatterien könnten neue Herstellungsprozesse erfordern (zum Beispiel den Umgang mit feuchtigkeitsempfindlichen ionischen Flüssigkeiten oder Festelektrolyten oder neue Zell-Designs wie Theions gestapelte Elektroden). Das fehlerfreie und kostengünstige Hochskalieren ist nicht trivial. Es gibt auch das Problem der Integration – können diese neuen Batterien in bestehende Geräte oder Fahrzeuge eingebaut werden, oder benötigen sie neue Designs? Unterschiedliche Spannungsprofile, Bauformen oder Betriebsbedingungen könnten bedeuten, dass alles von Batteriemanagementsystemen bis zum Fahrgestell von Autos neu gestaltet werden muss. Diese Übergangskosten und Unsicherheiten können die Einführung verlangsamen.
Aktueller Stand (Technologiereife): Während 2024 und 2025 große Durchbrüche gebracht haben (wie wir gleich hervorheben werden), befinden sich viele Aluminium- und Schwefelbatterietechnologien noch im Prototyp- oder frühen kommerziellen Stadium. Keine hat bisher die Art von Massenverbreitung erreicht, wie sie Lithium-Ionen genießt. Zum Beispiel kommen Lithium-Schwefel-Zellen gerade erst in begrenzten Märkten wie Drohnen und Satelliten zum Einsatz, wo ihre kurze Lebensdauer toleriert oder ausgeglichen werden kann. Aluminium-Schwefel und Aluminium-Ionen befinden sich in der Demonstrations- und Hochskalierungsphase; kein Elektroauto oder Netz hat bisher eine große davon im vollen Einsatz. Das bedeutet, dass immer noch das Risiko besteht, dass in der Praxis unvorhergesehene Probleme auftreten (denken Sie daran, wie Li-Ionen anfangs Vorfälle mit thermischem Durchgehen hatten). Es wird Zeit, Investitionen und wahrscheinlich einige Iterationen brauchen, bevor diese Technologien so zuverlässig sind wie die etablierten. Ein skeptischer Hinweis: Auch Lithium-Ionen wird jedes Jahr besser – mit neuen Chemien wie Lithium-Eisenphosphat (LFP) und Lithium-Metall-Festkörperbatterien am Horizont – daher müssen Aluminium- und Schwefelbatterien nicht nur funktionieren, sondern auch mit einem sich verbessernden Platzhirsch konkurrieren.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Aluminium- und Schwefelbatterien enormes Potenzial bieten, aber auch einzigartige Herausforderungen mit sich bringen. Forscher geben offen zu, dass noch mehr Arbeit nötig ist; wie ein Team 2022 schrieb, trotz Fortschritten, „Al–S-Batterien hatten historisch gesehen eine schlechte Leistungsfähigkeit und Zyklenstabilität“, was kontinuierliche Innovationen bei Elektrolyten und Elektroden erfordert nature.com. Genau an der Überwindung dieser Herausforderungen arbeiten derzeit viele Labore und Start-ups.

Wer gibt den Takt an? Die wichtigsten Akteure in der Entwicklung

Dieses spannende Feld vereint akademische Labore, Start-ups und Branchengrößen, die die Grenzen des Machbaren verschieben. Hier sind einige der wichtigsten Akteure und was sie tun:

Massachusetts Institute of Technology (MIT) & Avanti: Das MIT ist ein Zentrum für innovative Batterieforschung. Die Gruppe von Professor Donald Sadoway am MIT war federführend beim Konzept der Aluminium-Schwefel-Batterie. Nach der Veröffentlichung der bahnbrechenden Ergebnisse in Nature im Jahr 2022 gründete Sadoway Avanti, um die Technologie zu kommerzialisieren news.mit.edu. Avantis Ziel ist es, die Produktion von Aluminium-Schwefel-Zellen für stationäre Speicher und darüber hinaus zu skalieren. Sadoway ist auch dafür bekannt, Ambri mitgegründet zu haben, ein Unternehmen, das Flüssigmetallbatterien (mit anderen Chemien wie Calcium und Antimon) kommerzialisiert. Ambri zielt auf Speicher im Netzmaßstab ab und soll 2024 Systeme einsetzen youtube.com. Mit Ambri und Avanti könnten Sadoways Innovationen sowohl große Versorgungsbatterien als auch kleinere Batterien für Gebäude oder Ladestationen für Elektrofahrzeuge abdecken news.mit.edu. Der Einfluss des MIT endet hier nicht – seine Forscher untersuchen auch Lithium-Schwefel in Projekten, und das Institut arbeitet oft mit nationalen Laboren und Unternehmen an modernster Batterietechnologie zusammen.
Stanford University & SLAC: Stanford sorgte früh für Aufsehen im Bereich Aluminium-Ionen-Batterien (der Al-Ionen-Prototyp mit Schnellladefunktion von 2015 news.stanford.edu). Diese Arbeit, geleitet von Prof. Hongjie Dai, zeigte, dass eine einfache Graphit-Kathode eine wiederaufladbare Aluminium-Batterie ermöglichen kann. Stanford betreibt weiterhin Batterieforschung; so hat SLAC (das Stanford Linear Accelerator Lab) neuartige Kathoden für Aluminium-Batterien wie Metallsulfide untersucht nature.com und die Grenzflächenchemie zur Verbesserung der Zyklenfestigkeit erforscht. Obwohl die Entdeckung von Stanford aus dem Jahr 2015 noch nicht zu einem kommerziellen Produkt geführt hat, wurde die Machbarkeit demonstriert und sie wurde in vielen nachfolgenden Studien zitiert. Sie unterstrich auch das Stanford-Prinzip der offenen Forschung, die zur Übernahme durch die Industrie führt (einige Stanford-Batterie-Alumni sind zu Start-ups gewechselt oder haben eigene Unternehmen in der Batterie-Start-up-Szene im Bay Area gegründet).
Graphene Manufacturing Group (GMG) & University of Queensland: In Australien entwickelt GMG (in Zusammenarbeit mit der University of Queensland) eine Graphene Aluminum-Ion Battery. Sie haben beeindruckende Leistungen in Knopfzellen-Prototypen gemeldet – mit extrem schnellem Laden und langer Lebensdauer – wobei Graphen (eine Form von Kohlenstoff) als Kathodenmaterial in einer Aluminium-Ionen-Konfiguration verwendet wird batteriesnews.com. GMG strebt an, ihre Technologie auf Pouch-Zellen zu skalieren, die für Unterhaltungselektronik oder Elektrofahrzeuge geeignet sind, und hatte Ende 2022 ein Entwicklungsprogramm und eine Pilotproduktionslinie in Arbeit graphenemg.com. Ihr Ansatz unterstreicht die Synergie von Nano-Materialien (Graphen) mit neuen Chemien wie Aluminium-Ionen, um bessere Ergebnisse zu erzielen.
Phinergy und Indian Oil (IOC): Phinergy ist ein israelisches Startup, das seit über einem Jahrzehnt eine Vorreiterrolle bei Aluminium-Luft-Batterien einnimmt. Sie machten 2014 Schlagzeilen, als sie ein Demofahrzeug mit Aluminium-Luft-Technologie 1.100 Meilen weit fahren ließen, und konzentrieren sich seither auf echte Produkte für Notstromversorgung und Reichweitenverlängerung von Elektrofahrzeugen. Phinergy ging eine Partnerschaft mit der Indian Oil Corporation ein, um ein Joint Venture (IOC Phinergy) zu gründen, das Aluminium-Luft-Technologie auf den indischen Markt bringt – ein potenziell riesiger Markt für ein Land, das nach Alternativen zu Öl sucht und seine Aluminiumindustrie nutzen möchte. Anfang 2023 präsentierte IOC Phinergy Indiens erstes aluminium-luftbetriebenes Fahrzeug und baute eine Infrastruktur für die Plattenherstellung und das Recycling auf alcircle.com. Auch die indische Regierung zeigt Interesse, da Aluminium-Luft die Abhängigkeit von importiertem Lithium verringern könnte. Die Technologie von Phinergy wird bereits kommerziell genutzt, etwa als Notstromversorgung für Telekommunikationstürme (wo Dieselgeneratoren durch emissionsfreie Aluminium-Luft-Systeme ersetzt werden) evreporter.com, und sie arbeiten mit Automobilherstellern wie Mahindra an der Integration in Fahrzeuge (z. B. Testflotten von elektrischen Rikschas und Bussen, die Aluminium-Luft für eine größere Reichweite nutzen) evreporter.com. Der Fortschritt von Phinergy ist entscheidend, da sie zu den ersten gehören, die eine aluminium-basierte Batterie aus dem Labor in den praktischen Feldeinsatz bringen.
Lyten: Lyten ist ein Startup aus dem Silicon Valley (mit Sitz in San Jose, Kalifornien), das sich seit mehreren Jahren im Stealth-Modus befindet und eine Lithium-Schwefel-Batterie entwickelt, die mit einem firmeneigenen 3D-Graphen-Material verbessert wurde. Kürzlich trat das Unternehmen mit großen Neuigkeiten an die Öffentlichkeit: Im Oktober 2024 kündigte Lyten Pläne an, die weltweit erste Lithium-Schwefel-Batterie-Gigafactory in Nevada zu bauen, mit einer Investition von über 1 Milliarde Dollar lyten.com l. Die Anlage soll bis 2027 jährlich 10 GWh Li-S-Batterien produzieren lyten.com. Dieser mutige Schritt zeigt das Vertrauen, dass ihre Technologie fast bereit für die Massenproduktion ist. Lyten richtet sich zunächst nicht an den Markt für Elektro-Pkw, sondern an Mikromobilität, Luft- und Raumfahrt, Drohnen und Verteidigung in den Jahren 2024–2025 lyten.com – Bereiche, in denen die hohe Energiedichte von Li-S einen entscheidenden Vorteil bietet und eine etwas geringere Zyklenfestigkeit akzeptabel sein kann. Das Unternehmen betont das geringe Gewicht und den Verzicht auf Konfliktmineralien seiner Batterien, und tatsächlich verwenden ihre Zellen Lithium-Metall-Anoden und Schwefel-Kohlenstoff-Verbundkathoden, wodurch Nickel, Kobalt usw. vermieden werden lyten.com. Lytens CEO, Dan Cook, sagte „Lithium-Schwefel ist ein Sprung in der Batterietechnologie und liefert eine Batterie mit hoher Energiedichte und geringem Gewicht, die aus reichlich verfügbaren lokalen Materialien hergestellt wird“ lyten.com. Sie haben sogar seit 2023 eigene Pilot-Batteriezellen hergestellt, um den Produktionsprozess zu testen und zu optimieren lyten.com. Sollte Lytens Gigafactory erfolgreich sein, könnte dies ein Game-Changer sein – die ersten kommerziellen Li-S-Batterien, die in großem Maßstab hergestellt werden, möglicherweise für den Einsatz in der nächsten Generation von Elektroflugzeugen oder Langstrecken-Elektro-Lkw, bei denen jedes Pfund zählt.
Theion: Theion ist ein Startup mit Sitz in Berlin, Deutschland, das sich auf Lithium-Schwefel-Batterien mit einem besonderen Ansatz konzentriert – sie verwenden kristallinen Schwefel und spezielle Elektroden, um die Stabilität zu verbessern. Im März 2025 sammelte Theion 15 Millionen Euro in einer Series-A-Finanzierungsrunde ein, um ihre Batteriezellen zu skalieren reuters.com. Theion behauptet, dass ihre Zellen die Energiedichte von Lithium-Ionen verdreifachen und die Kosten auf ein Drittel senken können, wie zuvor erwähnt reuters.com. Sie haben Berichten zufolge zentrale Probleme gelöst, indem sie die Kathode vorab ausdehnen, um die Ausdehnung des Schwefels aufzunehmen, und indem sie Schwefel in einer kristallinen Form halten, die weniger reaktiv mit Elektrolyten ist reuters.com. CEO Ulrich Ehmes hat erklärt, dass ihre Technologie in E-Fahrzeugen, „fliegenden Taxis“ oder Energiespeichern eingesetzt werden könnte und möglicherweise bis Ende der 2020er Jahre in Autos zu finden sein wird reuters.com. Der Ansatz von Theion hat Aufmerksamkeit erregt, weil er nicht auf exotische Materialien angewiesen ist – sie betonen, dass ihre Batterien „weniger atmen“ und nicht wie frühere Li-S korrodieren. Die Finanzierung wird ihnen helfen, größere Pouch-Zellen zu entwickeln und über Münzzellen-Prototypen hinauszugehen reuters.com. Deutschlands Interesse an Schwefelbatterien passt auch zu Europas Bestreben, eigene, nachhaltige Batterietechnologien zu entwickeln.
Argonne National Laboratory & U.S. DOE: Im Bereich der öffentlichen Forschung betreibt Argonne (zusammen mit anderen US-Energieministeriumslaboren wie Oak Ridge und Pacific Northwest) aktive Forschung an Schwefelbatterien. Wir haben Argonnes Erfolg im Interlayer-Design für Li-S-Zellen besprochen anl.gov. Sie erforschen außerdem Festkörper-Schwefelbatterien in Partnerschaft mit der NASA für die Luftfahrt. Das Vehicle Technologies Office des DOE hat mehrere Projekte zu Li-S, Mg-S und sogar Li-Air und Al-Air finanziert, da die strategische Bedeutung von Next-Gen-Chemien erkannt wird. Nationale Labore arbeiten oft mit Universitäten zusammen (z. B. arbeitete Argonne mit einem Team einschließlich der University of Illinois an Schwefel-Interlayern) und teilen Erkenntnisse, auf denen Startups aufbauen können. Ein Großteil des Verständnisses des Polysulfidverhaltens und der fortschrittlichen Charakterisierung (unter Verwendung von Werkzeugen wie Argonnes Advanced Photon Source für Röntgenanalysen von Batterien anl.gov) stammt beispielsweise aus diesen Laboren.
Weitere Erwähnenswerte: Universitäten wie die Monash University (Australien) sorgten 2020 mit einer Li-S-Batterie für Schlagzeilen, die angeblich ein Smartphone fünf Tage lang betreiben konnte und dank eines neuartigen Binders und Elektroden-Designs eine hervorragende Stabilität zeigte advancedsciencenews.com. Monash arbeitet seither auch an schnell ladenden Li-S-Batterien, mit dem Ziel, sie für die elektrische Luftfahrt einzusetzen monash.edu. Im Vereinigten Königreich war das inzwischen aufgelöste Oxis Energy ein Pionier im Bereich Li-S; vor seiner Schließung im Jahr 2021 hatte Oxis Li-S-Zellen mit fast 400 Wh/kg entwickelt und arbeitete mit Flugzeugherstellern zusammen. Das geistige Eigentum wurde von anderen Unternehmen übernommen und könnte neue Projekte beeinflussen. Die chinesische Wissenschaft und Industrie sind äußerst aktiv – Institutionen wie die Chinesische Akademie der Wissenschaften, die Wuhan University of Technology (die Sadoways Al-S-Papier mitverfasst hat news.mit.edu), und Unternehmen wie CATL erforschen Schwefel- und Aluminiumchemien, wobei Details manchmal unter Verschluss gehalten werden. Selbst Teslas Battery Day 2020 deutete Interesse an Schwefel an (Elon Musk scherzte darüber, dass Tesla an „Lithium und Schwefel“ forsche, ohne weitere Details zu nennen, möglicherweise für langfristige Projekte). Schließlich beschäftigen sich auch NASA und Boeing mit Li-S für Flugzeuge: NASAs SABERS-Projekt hat eine mehrschichtige Schwefelbatterie entwickelt, die 500 Wh/kg erreichte und damit elektrische Flugzeuge oder fortschrittliche Drohnen ermöglichen könnte businessaviation.aero.

Es ist klar, dass ein globales Ökosystem von Innovatoren Aluminium- und Schwefelbatterien vorantreibt – von aufstrebenden Start-ups bis hin zu altehrwürdigen nationalen Laboren. In den nächsten Jahren (2025–2030) werden voraussichtlich einige dieser Bemühungen in Form von echten Produkten und Pilotanwendungen Früchte tragen.

Durchbrüche und jüngste Innovationen (2024–2025)

Der Zeitraum von 2024 bis 2025 war besonders spannend für Entwicklungen im Bereich Aluminium- und Schwefelbatterien, mit mehreren bemerkenswerten Durchbrüchen:

Jan 2024 – Aluminium-Schwefel bei 85 °C (Nature Communications): Forscher demonstrierten eine neue Aluminium-Schwefel-Batterie, die bei 85 °C mit einem quaternären geschmolzenen Salz-Elektrolyten arbeitet, veröffentlicht in Nature Communications nature.com. Diese Batterie zeigte eine Schnellladefähigkeit und überraschende Langlebigkeit: Sie behielt nach 1.400 Zyklen noch 85,4 % ihrer Kapazität bei einer 1C-Laderate nature.com. Wichtig ist, dass 85 °C eine große Verbesserung gegenüber früheren geschmolzenen Salz-Batterien darstellt, die 110–180 °C benötigten nature.com. Das Team erreichte dies durch die Formulierung einer speziellen Mischung aus Salzen (alkalische Chloroaluminate) mit einem niedrigen Schmelzpunkt, die auch eine schnelle Aluminium-Ionen-Bewegung ermöglichte nature.com. Sie verwendeten außerdem eine stickstoffdotierte poröse Kohlenstoff-Kathode, die die Schwefelreaktionen beschleunigte nature.com. Dieses Ergebnis ist bedeutsam, weil es auf praktische, kostengünstige Netzbatterien hinweist, die mit einfacher Beheizung betrieben werden könnten (sogar nur mit heißem Wasser als Wärmequelle, wie die Autoren anmerken nature.com) und schnelles Laden ohne Degradation ermöglichen. Es ist ein Schritt dahin, das MIT Al-S-Batteriekonzept benutzerfreundlicher und mobiler zu machen.
Okt 2024 – Lyten kündigt Li-S-Gigafactory an: Lyten’s Ankündigung einer Lithium-Schwefel-Batterie-Gigafactory in Nevada war eine wichtige Branchenmeldung Ende 2024 lyten.com. Es soll die weltweit erste Gigafactory werden, die sich ausschließlich Li-S-Zellen widmet, mit einem Produktionsziel von 10 GWh/Jahr bis 2027 lyten.com. Noch bemerkenswerter war, dass Lyten erklärte, dass seine Li-S-Batterien bereits 2024 und 2025 in ausgewählte Märkte eingeführt werden – konkret haben sie Kunden in den Bereichen Mikromobilität (E-Bikes, Scooter), Luft- und Raumfahrt (vielleicht Satelliten oder Höhen-Drohnen), Drohnen und Verteidigungsanwendungen, die ihre Batterien nutzen lyten.com. Das deutet darauf hin, dass Lyten von Laborprototypen zur Pilotproduktion und zum tatsächlichen Feldeinsatz in diesen Nischen übergegangen ist. Der Bau einer großen Fabrik zeigt das Vertrauen in die Skalierbarkeit der Technologie und die sich abzeichnende Nachfrage. Es ist auch ein großes Signal an die Batterieindustrie und Investoren, dass Lithium-Schwefel kurz vor der Marktreife steht. Wir könnten daher bald Produkte mit dem Hinweis „Li-S-Batterie inside“ sehen, zumindest in High-End- oder Spezialanwendungen.
März 2025 – Theion sammelt Geld ein, behauptet das 3-fache an Energie: Im März 2025 berichtete Reuters, dass Theion 15 Millionen Euro aufgebracht hat, um seine Schwefelbatterie zu skalieren, die „mehr Energie speichert, aber viel weniger kostet als herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien.“ reuters.com Theion gab einige Details seiner technischen Strategie öffentlich bekannt und erklärte, dass ihre Zellen die dreifache Energiedichte von Li-Ionen haben, bei einem Drittel der Kosten und einem Drittel der CO₂-Emissionen, wie zuvor erwähnt reuters.com. Sie gingen auf die großen Bedenken ein, indem sie erklärten, dass sie schnelle Korrosion durch die Verwendung von kristallinem Schwefel vermeiden und die Ausdehnung durch das Vorausexpandieren der Kathodenstruktur bewältigen reuters.com. Die Finanzierung wird ihnen helfen, vom Münzzellen-Format zu größeren Pouch-Zellen (geeignet für Elektrofahrzeuge oder Flugzeuge) überzugehen reuters.com. Diese Entwicklung erinnert daran, dass nicht nur ein, sondern mehrere Start-ups (Lyten, Theion, andere) Meilensteine erreichen und Investitionen anziehen, was die Chancen erhöht, dass mindestens eines kommerziell erfolgreich sein wird. Es erinnert ein wenig an die frühen Tage der Lithium-Ionen-Technologie, als mehrere Unternehmen und Länder im Rennen waren – hier treiben US-amerikanische und europäische Akteure gleichzeitig Schwefelbatterien voran.
2023 – 2024 – Das Rätsel des Schwefelkreislaufs lösen: Im Laufe des Jahres 2023 und bis ins Jahr 2024 veröffentlichten mehrere Forschungsgruppen Fortschritte bei der Verlängerung der Lebensdauer von Schwefelbatterien. Ein Highlight war die von Argonne geleitete Studie (veröffentlicht im August 2022 in Nature Communications), die zeigte, dass eine redox-aktive Zwischenschicht die Stabilität von Li-S-Batterien drastisch verbessern kann anl.gov. Anfang 2023 berichteten sie, dass dieser Ansatz Zellen hervorbringt, die über Hunderte von Zyklen eine hohe Kapazität beibehalten anl.gov, wodurch Li-S der Alltagstauglichkeit näherkommt. Mitte 2024 berichtete ein anderes Team über eine faltbare, flexible Li-S-Batterie mit einer speziellen Eisensulfid-Kathode, die sogar Schnitte aushalten konnte, ohne auszufallen acs.org – eine neuartige Lösung für tragbare oder flexible Elektronik mit Li-S. Diese schrittweisen Innovationen sind wichtig: Sie gehen die praktischen Probleme (wie das Management von Polysulfiden, mechanische Belastungen usw.) einzeln an. Jede Verbesserung bringt Li-S-Zellen näher an die Erfüllung der strengen Anforderungen von kommerzieller Elektronik und Fahrzeugen.
2024 – Aufschwung der Aluminium-Batterie-Forschung: Auf der Aluminium-Seite gab es Ende 2024 ebenfalls interessante Forschungsergebnisse. Wissenschaftler untersuchten neue Kathodenmaterialien für Aluminium-Ionen-Batterien, wie Kobaltsulfid, um eine höhere Kapazität und ein besseres Verständnis der Ladungsspeichermechanismen zu erreichen nature.com. Es gibt eine wachsende Zahl von Arbeiten zu „multivalenten“ Batterien (einschließlich Al, Mg, Zn), die oft ähnliche Herausforderungen und Durchbrüche teilen – zum Beispiel können verbesserte Elektrolyte, die einem System helfen, manchmal auch auf ein anderes angewendet werden advanced.onlinelibrary.wiley.com. Wir sehen auch, dass Länder wie Indien in Aluminium-Batterietechnologie investieren, nicht nur über Phinergys Aluminium-Luft-Batterie, sondern auch in der akademischen Forschung, um eine wiederaufladbare Aluminium-Batterie zu entwickeln, die für indische Bedingungen geeignet ist (mit staatlicher Förderung im Rahmen der nationalen Energiespeicherinitiative). Auch wenn diese Entwicklungen noch keine weltweiten Schlagzeilen gemacht haben, tragen sie zu einer Dynamik bei, die sich weltweit um Aluminium-Batterien aufbaut.
Politische und Marktsignale: Die Durchbruchsgeschichten sind nicht nur technischer Natur. In den Jahren 2024–2025 sehen wir starke Marktsignale, die diese neuen Batterien unterstützen. Der Inflation Reduction Act (IRA) der US-Regierung und andere politische Maßnahmen fördern inländische Batterielieferketten – was Chemien zugutekommt, die mit lokal gewonnenen Materialien wie Schwefel (die USA produzieren viel Schwefel aus der Ölraffination) und Aluminium hergestellt werden können. Lyten’s Gigafactory in Nevada und das Interesse des US-Verteidigungsministeriums an leichten Li-S-Batterien für Soldaten oder Satelliten sind Ergebnisse dieser Anreize lyten.com. In Europa macht das Streben nach Nachhaltigkeit eine kobaltfreie, nickelfreie Batterie sehr attraktiv, daher die EU-Förderung für Projekte wie Theion und andere. Selbst in China, wo die Lithium-Ionen-Produktion dominiert, gab es staatlich unterstützte Programme für „Next-Gen“-Batterien (zum Beispiel arbeitet CATL Berichten zufolge an einer Natrium-Ionen- + Schwefel-Hybridbatterie, die um 2023/24 für stationäre Speicher auf den Markt kommen soll). All diese Trends deuten darauf hin, dass die Zeit reif ist für Aluminium- und Schwefelbatterien – die Welt sucht nach Lösungen, und die Technologie holt den Bedarf ein.

Im Wesentlichen haben die letzten zwei Jahre Aluminium- und Schwefelbatterien von einer Nischen-Labor-Kuriosität zu ernstzunehmenden Kandidaten für die Zukunft der Energiespeicherung gemacht. Wie ein Wissenschaftler treffend sagte: „Wir sind einen Schritt näher dran, diese Technologie in unserem Alltag zu sehen.“ anl.gov Genau dieser schrittweise Fortschritt findet jetzt statt, und der nächste Schritt wird die breitere Kommerzialisierung und Skalierung dieser Innovationen sein.

Potenzielle Anwendungen und Auswirkungen auf saubere Energie und Elektrofahrzeuge

Der Aufstieg von Aluminium- und Schwefelbatterien könnte eine Vielzahl von Sektoren beeinflussen. Hier sind einige der vielversprechendsten Anwendungen und ihre Implikationen:

🏠 Speicherung erneuerbarer Energien (Netz und Zuhause): Vielleicht wird die größte kurzfristige Auswirkung im Bereich der stationären Energiespeicherung für saubere Energie liegen. Eine der großen Herausforderungen erneuerbarer Energien (Solar, Wind) ist die Unbeständigkeit – Sonne und Wind stehen nicht rund um die Uhr zur Verfügung, daher benötigen wir riesige, kostengünstige Batterien, um Energie für Zeiten zu speichern, in denen keine Produktion stattfindet. Lithium-Ionen-Batterien werden bereits für die Netzspeicherung eingesetzt, sind aber noch relativ teuer und auf importierte Materialien angewiesen. Aluminium-Schwefel- und Natrium-Schwefel-Batterien könnten mit ihren extrem günstigen Komponenten die Kosten für die Speicherung einer Kilowattstunde drastisch senken. Sadoway vom MIT zielte mit seiner Al-S-Batterie speziell auf den Heim- und Nachbarschaftsmaßstab ab – „die Größe, die benötigt wird, um ein einzelnes Haus oder ein kleines bis mittleres Unternehmen mit Strom zu versorgen“ (im Bereich von mehreren zehn kWh) news.mit.edu. Solche Batterien würden es Hausbesitzern mit Solaranlagen auf dem Dach ermöglichen, tagsüber erzeugte Energie günstig für die Nacht zu speichern, oder kleinen Unternehmen eine Notstromversorgung ohne Dieselgenerator bieten. In größerem Maßstab könnten Energieversorgungsunternehmen riesige Aluminium- oder Natrium-Schwefel-Batteriebänke einsetzen, um die schwankende Erzeugung erneuerbarer Energien auszugleichen. Das Team der Universität Sydney stellte fest, dass ihre kostengünstige Na-S-Batterie „die Kosten für den Übergang zu einer dekarbonisierten Wirtschaft erheblich senken“ könnte, indem sie erschwingliche Speicherlösungen bietet sydney.edu.au. In Regionen, in denen Pumpspeicherkraftwerke geografisch nicht möglich sind, sind diese elektrochemischen Lösungen entscheidend. Da diese neuen Batterien zudem nicht brennbar sind (wichtig für die Sicherheit der Gemeinschaft) und aus reichlich vorhandenen Materialien bestehen, können sie in vielen Regionen lokal produziert und installiert werden – was die Energiesicherheit erhöht. Insgesamt würden weit verbreitete stationäre Aluminium/Schwefel-Batterien eine höhere Durchdringung erneuerbarer Energien ermöglichen, die Abregelung (verschwendete Solar-/Windenergie aufgrund fehlender Speicher) reduzieren und das Netz mit sauberer, abrufbarer Energie stabilisieren.
🚗 Elektrofahrzeuge (EVs): Leichtere und energiereichere Batterien sind der heilige Gral für EVs und sogar für die elektrische Luftfahrt. Lithium-Schwefel-Batterien sind hier besonders attraktiv. Ein Li-S-Akku könnte die Reichweite eines EVs dramatisch verlängern, ohne das Gewicht zu erhöhen – oder umgekehrt, die gleiche Reichweite mit einer viel leichteren Batterie ermöglichen, was die Effizienz verbessert. Wenn zum Beispiel ein EV heute eine 600 kg schwere Li-Ionen-Batterie für 300 Meilen Reichweite benötigt, könnte eine Li-S-Batterie mit doppelter Energiedichte dies mit etwa 300 kg erreichen und so das Fahrzeuggewicht deutlich senken. Das verbessert die Beschleunigung, das Handling und reduziert den Energieverbrauch pro Meile. Es könnte auch elektrische Lkw und Busse praktikabler machen, indem es Nutzlastgewicht freisetzt. Unternehmen wie Oxis Energy (bevor es geschlossen wurde) und Sion Power arbeiteten mit Partnern aus der Luft- und Automobilindustrie an Li-S-Prototypen für Langstreckenflugzeuge und EVs. Tatsächlich betrieben Sion Powers frühere Li-S-Zellen ein High Altitude Pseudo-Satellite (ein unbemanntes Solarflugzeug), das in den 2010er Jahren Flugzeitrekorde brach. In jüngerer Zeit haben NASA und Airbus Li-S als eine der wenigen Möglichkeiten betrachtet, die erforderlichen 500 Wh/kg für praktische elektrische Passagierflugzeuge zu erreichen businessaviation.aero – der Erfolg ihres SABERS-Projekts deutet auf regionale Elektroflugzeuge am Horizont hin, die Schwefelbatterien nutzen. Auch elektrische Flugtaxis und Drohnen würden davon profitieren; Theion nannte explizit Fluggeräte als Ziel reuters.com. Über Li-S hinaus haben sogar Aluminium-Luft-Batterien eine Rolle in EVs: Sie könnten als Reichweitenverlängerungsmodul dienen, das man für lange Fahrten aktiviert. Stellen Sie sich ein EV mit einer kleinen Li-Ionen-Batterie für den täglichen Pendelverkehr und einer Aluminium-Luft-„Zusatzbatterie“ vor, die Sie nur bei einer 1.000 km langen Reise auffüllen (Aluminium tauschen). Solche hybriden Batteriearchitekturen werden in Projekten von Indian Oil/Phinergy und anderen in Betracht gezogen. Es sei angemerkt, dass Mainstream-EVs nicht über Nacht auf eine völlig neue Chemie umstellen werden – Sicherheit, Langlebigkeit und Schnellladen müssen bewiesen werden – aber in den späten 2020er Jahren ist es plausibel, dass High-End-Modelle oder Spezialfahrzeuge mit Next-Gen-Batterien ausgestattet werden. Falls ja, könnte dies die EV-Leistung auf neue Höhen treiben (500+ Meilen Reichweite, sehr schnelles Laden, leichtere Autos) und die Abhängigkeit von kritischen Mineralien verringern, wodurch die EV-Einführung in größerem Maßstab ohne Ressourcenengpässe ermöglicht wird.
📱 Tragbare Elektronik und Wearables: Auch Ihr zukünftiges Smartphone oder Laptop könnte von Schwefel- oder Aluminiumbatterien profitieren, obwohl diese Anwendungen eine lange Lebensdauer und eine geringe Selbstentladung erfordern (Bereiche, in denen Li-Ionen derzeit hervorragend sind). Eine Lithium-Schwefel-Batterie könnte Ihr Telefon tagelang ohne Aufladen laufen lassen – denken Sie an das Konzept der Monash University eines Telefons, das 5 Tage mit einer Li-S-Batterie hält advancedsciencenews.com. Die Gewichtseinsparung ist bei einem Telefon weniger entscheidend, aber die Energiedichte ist es. Eine Herausforderung besteht darin, dass Verbraucherelektronik Hunderte von Ladezyklen und eine jahrelange Lebensdauer erwartet; Li-S muss dafür noch weiterentwickelt werden. Dennoch könnten wir Nischen-Gadgets oder Wearables sehen, die sie übernehmen, wenn sie Vorteile beim Formfaktor bieten. Aluminiumbatterien, insbesondere die flexiblen Designs wie die von Stanford, könnten faltbare oder rollbare Geräte ermöglichen. Zum Beispiel könnte eine flexible Aluminium-Ionen-Batterie in das Armband einer Smartwatch oder in intelligente Kleidung integriert werden. Da Al-Ionen zudem sehr sicher hergestellt werden können (kein Brandrisiko), könnten sie in Geräte ohne sperrige Schutzgehäuse eingebaut werden, was vielleicht sogar kreativere Industriedesigns ermöglicht. Das ist zwar spekulativ, aber mit verbesserter Fertigung könnten Unterhaltungselektronik ein wichtiger Markt werden (sie waren es schließlich auch für das anfängliche Wachstum der Lithium-Ionen-Technologie in den 1990er Jahren).
⚡ Schnelllade-Infrastruktur: Eine weniger offensichtliche, aber wichtige Anwendung ist die Nutzung dieser neuen Batterien, um das Schnellladen von E-Fahrzeugen zu erleichtern und das Stromnetz zu stabilisieren. Wie Professor Sadoway betonte, steigt die Stromnachfrage sprunghaft an, wenn viele E-Fahrzeuge gleichzeitig laden wollen (wie mehrere Autos an einer Autobahnraststätte), was das Stromnetz leicht überfordern kann news.mit.edu. Anstatt Stromleitungen aufzurüsten, ist es klüger, einen Batteriepuffer an Ladestationen zu installieren – die Batterie lädt langsam aus dem Netz und gibt dann bei Bedarf schnell Energie an die Autos ab. Für solche Pufferbatterien sind Kosten und Sicherheit entscheidend, das Gewicht spielt eine geringere Rolle. Das macht Aluminium-Schwefel- oder Natrium-Schwefel-Batterien zu idealen Kandidaten. Sie stehen vor Ort, speichern Energie günstig, fangen kein Feuer und können Ladung schnell abgeben. Sadoway erwähnte ausdrücklich, dass Al-S-Systeme „die Notwendigkeit teurer neuer Stromleitungen“ für Gruppen von Schnellladestationen beseitigen könnten news.mit.edu. Im Wesentlichen können diese Batterien als Stoßdämpfer für das Stromnetz fungieren, indem sie überschüssige Energie aufnehmen und bei Bedarf abgeben – sei es für Ladespitzen bei E-Fahrzeugen oder zum Ausgleich von Schwankungen bei erneuerbaren Energien.
🏭 Industrielle und kommerzielle Notstromversorgung: So wie Telekommunikationstürme Aluminium-Luft-Batterien für Notstrom verwenden, könnten auch andere Industrien und kommerzielle Einrichtungen Aluminium- oder Schwefelbatterien nutzen, um die Zuverlässigkeit zu gewährleisten und die Abhängigkeit von Dieselgeneratoren zu verringern. Rechenzentren zum Beispiel benötigen Batterien, die sicher sind, eine lange Standby-Lebensdauer haben und in großem Maßstab kosteneffizient sind – man kann sich vorstellen, dass Natrium-Schwefel-Batterieräume die derzeit für USV (unterbrechungsfreie Stromversorgung) verwendeten Lithium-Ionen- oder Blei-Säure-Batteriebänke ersetzen. An abgelegenen oder netzfernen Standorten sind günstige Batterien, die nicht häufig ausgetauscht werden müssen, äußerst wertvoll (weniger Wartungsfahrten). Aluminium-Schwefel-Batterien, die als sehr kostengünstig pro kWh prognostiziert werden, könnten Mikronetze in ländlichen oder Inselgemeinden ermöglichen, kombiniert mit Solar-/Windenergie, um rund um die Uhr Strom zu liefern, ohne das Budget zu sprengen.
🚀 Luft- und Raumfahrt sowie Verteidigung: Die hohe Leistungsfähigkeit dieser Batterien ist für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt sowie im Verteidigungsbereich natürlich attraktiv. Wie bereits erwähnt, wurden Li-S-Batterien aufgrund ihres geringen Gewichts und ihrer guten Leistung bei niedrigen Temperaturen (Weltraumbatterien laufen oft kalt) erfolgreich in Satelliten und hochfliegenden Drohnen (Pseudo-Satelliten) eingesetzt. Das US-Militär ist an leichteren Batterien für Soldaten interessiert (um die Last, viele Kilogramm Li-Ionen-Akkus zu tragen, zu verringern) – eine Schwefelbatterie könnte diese Last erheblich reduzieren. Da Schwefelbatterien zudem keine sauerstofffreisetzenden Verbindungen enthalten (im Gegensatz zu Li-Ionen, die bei thermischem Durchgehen O₂ freisetzen können), könnten sie in geschlossenen Umgebungen wie U-Booten oder Raumfahrzeugen sicherer sein. Aluminium-Luft könnte als Unterwasser-Energiequelle für unbemannte Langzeit-U-Boote dienen, bei denen das Nachfüllen mit Aluminium möglich ist. Der Verteidigungssektor agiert oft als Frühadopter für Spitzentechnologien, die später in den zivilen Bereich übergehen, sodass ihre Investitionen in Aluminium- und Schwefelbatterietechnologie die Entwicklung beschleunigen können. Tatsächlich deuten Lytens erste Engagements 2024–25 mit den Weltraum-, Drohnen- und Verteidigungsmärkten darauf hin, dass Verteidigungsverträge dazu beitragen, die Technologie bei lyten.com zu erproben, bevor sie breiter im Verbrauchermarkt eingesetzt wird.

In all diesen Anwendungen besteht die übergeordnete Auswirkung darin, den Übergang zu sauberer Energie schneller und weiter voranzutreiben. Durch die drastische Senkung der Batteriekosten und die Befreiung von den Zwängen der Lithium-Ionen-Lieferkette könnten Aluminium- und Schwefelbatterien Elektrofahrzeuge für mehr Menschen erschwinglich machen (entscheidend für die Dekarbonisierung des Verkehrs), erneuerbare Energien zuverlässiger und weiter verbreitet machen (entscheidend für die Dekarbonisierung der Stromversorgung) und sogar neue Möglichkeiten wie elektrisches Fliegen schaffen. Sie bringen auch Umweltvorteile im Gebrauch: Zum Beispiel reduziert der Ersatz von Diesel-Notstromgeneratoren durch Aluminium-Luft- oder Natrium-Schwefel-Batterien die lokale Luftverschmutzung und CO₂-Emissionen. Wenn die Technologie hält, was sie verspricht, könnte die Welt günstigere Elektroautos, widerstandsfähigere saubere Stromnetze und eine Verringerung des Abbaus seltener Metalle erleben – ein positiver Rückkopplungseffekt für Wirtschaft und Umwelt.

Wirtschaftliche und ökologische Auswirkungen

Aus wirtschaftlicher Sicht könnten Aluminium- und Schwefelbatterien auf die bestmögliche Weise disruptiv sein: indem sie die Kosten für Energiespeicherung senken und die Lieferkette diversifizieren. Eine Batterie macht einen erheblichen Teil der Kosten eines Elektrofahrzeugs oder eines erneuerbaren Energiesystems aus, daher bedeuten günstigere Batterien günstigere Produkte und eine schnellere Verbreitung. Analysten haben festgestellt, dass Materialien wie Aluminium und Schwefel nur einen winzigen Bruchteil der Kosten von Lithium, Nickel oder Kobalt ausmachen. Einem Beispiel zufolge lagen die Materialkosten von Aluminium-Schwefel-Zellen bei nur etwa 15 % einer vergleichbaren Lithium-Ionen-Zelle news.mit.edu. Wenn sich diese Einsparungen auf die Produktion übertragen lassen, könnten die Batteriepreise (pro kWh) deutlich unter die aktuelle Lernkurve von Lithium-Ionen fallen. Günstige Speicher könnten dann das Wirtschaftswachstum ankurbeln, indem sie neue Geschäftsmodelle ermöglichen (wie mehr Solarfarmen, gemeinschaftliche Speicherprojekte usw.) und die Energiekosten für Verbraucher senken (stellen Sie sich vor, Sie laden Ihren Heimspeicher jeden Nachmittag mit Solarstrom und zahlen nie wieder Spitzenlasttarife).

Es gibt auch eine geopolitische Dimension: Die Lithium-Ionen-Produktion ist heute stark konzentriert (wobei China die Zellfertigung dominiert und Länder wie die DR Kongo wichtige Mineralien liefern). Aluminium hingegen wird weltweit geschmolzen (und Recycling bietet ebenfalls eine lokale Quelle), und Schwefel ist allgegenwärtig. Viele Länder, die keine Lithiumvorkommen haben, verfügen über eine starke Aluminiumindustrie (z. B. Indien, wie wir bei IOC Phinergy gesehen haben). Aluminium-basierte Batterien könnten es also mehr Nationen ermöglichen, eigene Batterieindustrien aufzubauen, ohne auf importiertes Lithium oder Kobalt angewiesen zu sein. Diese Diversifizierung könnte globale Lieferkettenrisiken verringern und den Übergang zu Elektromobilität und erneuerbaren Energien widerstandsfähiger gegen Engpässe oder politische Instabilität machen. In Nevada ist die geplante Lyten-Fabrik ein Beispiel – sie verwendet in den USA gewonnenen Schwefel und montiert Batterien im Inland, was lyten.com mit politischen Zielen zur Rückverlagerung der Batterieversorgung und zur Schaffung lokaler Arbeitsplätze übereinstimmt (sie rechnen mit 1.000 Arbeitsplätzen bei voller Auslastung in dieser einen Fabrik lyten.com).

Auf der Umweltseite bieten diese Batterien mehrere Vorteile:

Geringerer CO₂-Fußabdruck: Die Herstellung von Batterien ist energieintensiv, aber Schwefel- und Aluminiumbatterien können mit weniger aufwendigen Verfahren produziert werden. Die Raffination von Kobalt und Nickel ist besonders CO₂-intensiv. Durch deren Wegfall können Hersteller die CO₂-Emissionen pro kWh Batterie senken. Theion gab eine Reduzierung des CO₂-Fußabdrucks um 2/3 für ihre Schwefelbatterien im Vergleich zu Li-Ionen an reuters.com. Außerdem kann Schwefel als Abfallprodukt bezogen werden (praktisch keine zusätzlichen CO₂-Kosten für die Gewinnung), und das Recycling von Aluminium benötigt nur etwa 5 % der Energie der Primäraluminiumproduktion – die Verwendung von recyceltem Aluminium in Batterien würde also deren graue Energie erheblich senken.
Recycling und Lebensende: Aluminium ist bereits eines der am meisten recycelten Materialien (denken Sie an Aluminiumdosen). Es existiert eine Infrastruktur, um Aluminiumschrott einzuschmelzen und wiederzuverwenden. Wenn Aluminium-Metall-Batterien alltäglich werden, kann man sich vorstellen, dass verbrauchte Aluminium-Anoden routinemäßig gesammelt und mit hoher Effizienz recycelt werden – eine Kreislaufwirtschaft für das Batteriemetall. Schwefel könnte im Batteriekontext schwieriger direkt aus den Zellen zu recyceln sein (insbesondere, wenn er in Verbindungen gebunden ist), aber da er billig und ungiftig ist, stellt er selbst bei Deponierung kein so großes Umweltproblem dar wie beispielsweise Blei oder Cadmium in älteren Batterien. Forscher könnten Wege finden, Schwefel zurückzugewinnen oder Abfallschwefel aus Batterien in nützliche Chemikalien umzuwandeln (Schwefel wird zum Beispiel auch in Düngemitteln verwendet). Das Fehlen von Schwermetallen in diesen Batterien bedeutet weniger giftigen Elektroschrott, falls sie unsachgemäß entsorgt werden, und idealerweise eine einfachere Handhabung in Recyclinganlagen.
Reduzierte Auswirkungen des Bergbaus: Der Abbau von Lithium, Kobalt und Nickel hat erhebliche Umwelt- und Sozialauswirkungen – vom Wasserverbrauch bei der Lithiumgewinnung aus Sole, über die Zerstörung von Lebensräumen und Verschmutzung rund um Nickelminen bis hin zu Kinderarbeit in einigen Kobaltabbaugebieten. Durch die Reduzierung oder den Verzicht auf diese Materialien könnten Aluminium- und Schwefelbatterien diese Belastungen verringern. Aluminium ist nicht völlig unproblematisch (Bauxitabbau und Aluminiumschmelzen haben ihre eigenen Probleme wie Rotschlammabfälle und hohen Stromverbrauch), aber diese Prozesse sind in vielen Ländern gut reguliert und die Technologie verbessert sich (z. B. inerte Anoden für die Aluminiumschmelze zur Emissionsreduzierung). Und auch hier verringert das Recycling von Aluminium den Bedarf an neuem Bergbau erheblich. Die Verwendung von Schwefel bedeutet meist die Umnutzung eines bestehenden Nebenprodukts – sie könnte tatsächlich ein Problem lösen (riesige Schwefelvorräte), anstatt ein neues zu schaffen.
Sicherheit und Gesundheit: Batteriebrände sind bei Lithium-Ionen-Batterien ein Problem, da beim Brennen von Li-Ionen-Batterien giftige Dämpfe freigesetzt werden und schwer zu löschende Brände entstehen können (wie einige Vorfälle mit brennenden E-Autos gezeigt haben). Nicht entflammbare Batterien bedeuten weniger Brandvorfälle, was ein Sicherheitsgewinn für die Gesellschaft ist. Es bedeutet auch einen sichereren Umgang mit Batterien beim Versand und in Schrottplätzen. Beispielsweise stellen verschrottete E-Autos mit Li-Ionen-Akkus ein Brandrisiko dar, wenn sie beschädigt werden; ein E-Auto mit einem Aluminium-Schwefel-Akku wäre beim Zerlegen vermutlich viel sicherer. Ebenso bei Verbrauchergeräten – weniger explodierende oder brennende Geräte (man denke an berüchtigte Handy-Akku-Brände) ist vorteilhaft für die öffentliche Gesundheit und das Vertrauen in Batterietechnologie.
Saubere Notstromversorgung: In Regionen, die derzeit auf Dieselgeneratoren für Not- oder Fernstromversorgung angewiesen sind (Inseln, Notunterkünfte, Mobilfunkmasten), würde der Ersatz durch Aluminium-Luft- oder Natrium-Schwefel-Batterien die Verbrennung von Dieselkraftstoff eliminieren, was keine Treibhausgasemissionen, keine Feinstaubbelastung und keinen Lärm bedeutet. Das ist eine direkte Verbesserung für Umwelt und Lebensqualität. Beispielsweise werden Mobilfunkmasten in Indien, die mit Aluminium-Luft betrieben werden, keinerlei lokale Emissionen verursachen, während Dieselgeneratoren zur Luftverschmutzung und zu CO2-Emissionen beitragen.

Alles in allem haben Aluminium- und Schwefelbatterien das Potenzial, Energiespeicherung zu demokratisieren – sie so erschwinglich und umweltfreundlich zu machen, dass wir Batterien überall dort einsetzen können, wo wir sie für eine saubere Energiezukunft brauchen. Sie werden kein Allheilmittel sein (wahrscheinlich werden verschiedene Batterietechnologien parallel genutzt werden), aber ihr Markteintritt kann die Kosten senken und alle Batteriehersteller zu mehr Nachhaltigkeit zwingen.

Natürlich ist der wirtschaftliche Erfolg dieser Batterien nicht garantiert; sie müssen beweisen, dass sie kostengünstig hergestellt werden können und zuverlässig im großen Maßstab funktionieren. Aber die jüngsten Investitionen und Prototyp-Erfolge sind sehr ermutigend. Wenn sie erfolgreich sind, ist der Gewinn nicht nur günstigere Elektroautos oder bessere Geräte – es ist eine bedeutende Verringerung der Umweltbelastung durch unsere Batterienutzung und ein Schub für die weltweiten Dekarbonisierungsbemühungen.

Fazit: Eine strahlende Zukunft, geladen durch gewöhnliche Elemente

Aluminium- und Schwefelbatterien, einst als Außenseiter-Technologien betrachtet, nähern sich rasant der kommerziellen Realität. Diese Batterien verkörpern eine überzeugende Idee: einfache, reichlich vorhandene Zutaten zu nutzen, um komplexe Energieprobleme zu lösen. In den letzten Jahren haben Fortschritte in Chemie und Materialwissenschaft diese Idee der Verwirklichung deutlich nähergebracht. Wir haben jetzt Prototypen von Aluminium-Schwefel-Zellen, die in Minuten schnellladen und tausende Zyklen durchhalten nature.com, Lithium-Schwefel-Batterien, die Energiedichten erreichen, von denen man vor einem Jahrzehnt nur träumen konnte reuters.com, und sogar Aluminium-Luft-Systeme, die im realen Einsatz sauberen Strom liefern evreporter.com.

Der Übergang weg von unserer Abhängigkeit von seltenen Metallen und teuren Importen hin zu Batterien aus „Keller-Schnäppchen“-Elementen wie Al und S könnte die Batterieindustrie ähnlich umgestalten wie Silizium die Elektronikindustrie – und so eine enorme Skalierung und Kostenreduktion ermöglichen. Wie Sadoway witzelte, haben diese neuen Batterien „alles, was man sich sonst noch von einer Batterie wünschen würde: günstige Elektroden, gute Sicherheit, Schnellladen, Flexibilität und lange Lebensdauer“ news.stanford.edu. Es gibt noch einige Probleme zu lösen, aber der Kurs ist klar.

In den kommenden Jahren können wir mit Pilotprojekten rechnen (vielleicht eine Solarfarm in Kalifornien, die MITs Aluminium-Schwefel-Zellen nutzt, oder eine Drohne, die mit einem Lyten-Li-S-Pack Ausdauerrekorde aufstellt). Mit zunehmender Produktion sollten die Kosten weiter sinken, und verbleibende technische Lücken – sei es Lebensdauer oder Betriebstemperatur – werden wahrscheinlich durch die derzeit weltweit laufende intensive Forschung gelöst.

Für die breite Öffentlichkeit könnte sich die Auswirkung auf subtile, aber wichtige Weise bemerkbar machen: ein günstigeres E-Auto mit größerer Reichweite, ein Smartphone, das ein ganzes Wochenende durchhält, ein Stadtviertel, das bei Stromausfall mit einer Batterie das Licht anbehält – und das alles mit Materialien, die so gewöhnlich sind wie Alufolie und Gartendünger (Schwefel). Der weltweite Batteriehunger wächst, und Aluminium- und Schwefeltechnologien sorgen dafür, dass wir diesen Bedarf nachhaltig decken können.

Wie ein an der Weiterentwicklung dieser Batterien beteiligter Wissenschaftler optimistisch feststellte, „Diese Ergebnisse zeigen … einen enormen Einfluss auf die [Batterie-]Entwicklung. Wir sind einen Schritt näher daran, diese Technologie in unserem Alltag zu sehen.“ anl.gov Tatsächlich ist die Zukunft, in der unser Leben von Aluminium und Schwefel – zwei der unscheinbarsten Elemente der Erde – angetrieben wird, nun deutlich am Horizont sichtbar. Die Revolution der Energiespeicherung ist im Gange, und sie basiert auf den Bausteinen der allgemeinen Chemie, innovativer Ingenieurskunst und dem dringenden Streben nach einer saubereren, günstigeren Energiezukunft.

Quellen: Die Informationen und Zitate in diesem Bericht stammen aus aktuellen, glaubwürdigen Quellen, darunter peer-reviewte Studien, Pressemitteilungen von Universitäten, Branchennachrichten und Reuters-Berichte. Zu den wichtigsten Referenzen gehören MIT News zur Aluminium-Schwefel-Batterie news.mit.edu, Durchbrüche des Argonne National Lab bei Lithium-Schwefel anl.gov, Reuters-Berichterstattung über die Entwicklungen von Theion und Lyten reuters.com, lyten.com sowie Interviews mit Branchenführern (z. B. Phinergys CEO zu den Vorteilen von Aluminium-Luft evreporter.com). Diese und weitere Zitate im gesamten Text liefern detaillierte Belege für die gemachten Aussagen.