Kristallschwefel Batterie: Theion will 1.000 Wh/kg erreichen – Hohe Energiedichte mit Schwefel statt Nickel/Kobalt

Die Begrenzungen konventioneller Lithium-Ionen-Zellen, insbesondere hinsichtlich der gravimetrischen Energiedichte, rücken Alternativen wie die Lithium-Schwefel-Technologie in den Fokus. Das deutsche Startup Theion präsentiert mit seiner Kristallschwefel-Batterie eine Weiterentwicklung, bei der kristalliner Schwefel als Kathodenmaterial eingesetzt wird. Schwefel ist, anders als Nickel oder Kobalt, ein günstiges und als Abfallprodukt industrieller Prozesse anfallendes Element.

Laut Theion kann Schwefel aufgrund seiner chemischen Struktur theoretisch bis zu fünfmal mehr Energie pro Kilogramm speichern als die heute in NMC-Zellen (Nickel-Mangan-Kobaltoxid) verwendeten Kathodenmaterialien. Dies ermöglicht es, die kritischen Rohstoffe Nickel und Kobalt vollständig aus der Zellchemie zu eliminieren. Im Interview erklärte CEO Dr. Ulrich Ehmes, dass das Unternehmen im Labor bereits Zyklenzahlen von über 500 mit seinen Zellen erreicht habe.

Die angestrebte Leistung, die Theion auf bis zu dreifache Energiedichte gegenüber Standardzellen beziffert, ist noch nicht im seriennahen Produkt validiert. Das Ziel für die finale Technologie-Generation (Gen 4) liegt bei einer gravimetrischen Energiedichte von 1.000 Wh/kg und einer Lebensdauer von 1.000 Zyklen als Untergrenze. Aktuell konzentriert sich das Unternehmen auf die Entwicklung von Pouchzellen-Mustern im Amperestunden-Bereich, die an industrielle Partner zur Erprobung geliefert werden sollen.

Zwei zentrale Hürden der Lithium-Schwefel-Chemie, der Polysulfid-Shuttle-Effekt und die starken Volumenschwankungen während des Ladens und Entladens, sollen laut Theion durch proprietäre Entwicklungen gelöst worden sein. Hierzu zählt die Direct Crystal Imprinting (DCi)-Methode, bei der der Schwefelwafer lösungsmittelfrei und ohne energieintensive Trocknung in wenigen Sekunden gefertigt wird.

Wegen des geringen Gewichts könnten die Batterien in gewichtskritischen Nischenmärkten, wie der Luftfahrt und bei Drohnen, zum Einsatz kommen. Für den Automobilsektor soll die Technologie bei gleichem Batteriegewicht eine Verdopplung oder Verdreifachung der Reichweite ermöglichen. Zudem betonte der CEO Dr. Ehmes, dass Schwefel nicht brennbar sei, was die Sicherheit gegenüber herkömmlichen Li-Ionen-Zellen erhöhen könnte.

Die Marktreife ist derzeit noch nicht absehbar. Laut Theion ist mit ersten Anwendungen in Nischenmärkten bis 2030 zu rechnen. Der breite Serieneinsatz in Fahrzeugen oder mobilen Consumer-Geräten soll jedoch nicht vor 2030 erfolgen. Investitionen, wie die kürzlich abgeschlossene Series-A-Finanzierung in Höhe von 15 Millionen Euro, dienen der Fortführung der Zell- und Prozessentwicklung. Es bleibt abzuwarten, ob die im Labor erreichten Zyklenzahlen von über 500 in den geplanten, größeren Zellformaten bei gleichzeitiger Einhaltung der hohen Energiedichte stabilisiert werden können.