Niedertemperatur-Zink-Schwefel-Batterie

Summary.

 High-temperature sulfur batteries, for example the sodium-sulfur battery, are well known. However, the positive electrode based on elementary sulfur at room temperature in a metal-sulfur battery could not be constructed because sulfur is known to be an excellent insulator. Due to its low atomic weight, its low cost and its non-toxicity, sulfur would be a desirable material for batteries. We could show that elementary sulfur is an excellent cathode material at room temperature as it is reduced rapidly in aqueous solutions on the surface of iron sulfide electrodes. The open-cell voltage of a zinc-sulfur battery is about 0.6 V, that of a lithium-sulfur battery about 2.5 V. The capacities and specific energies exceed those of commercially available zinc-manganese dioxide batteries. In this context the electrochemical reaction of solid elementary sulfur on iron sulfide surfaces in sea water is discussed which could have been one of the energy sources which played a role in the development of life.

Zusammenfassung.

 Hochtemperatur-Metall-Schwefel-Batterien wie z.B. die Natrium-Schwefel-Batterie sind seit längerem bekannt. Dagegen konnte man bisher elementaren Schwefel bei Raumtemperatur wegen seiner Isolatoreigenschaften nicht als Kathodenmaterial in Batterien nutzen, obwohl das wegen seiner geringen atomaren Masse, den niedrigen Kosten und der Ungiftigkeit wünschenswert wäre. Wir konnten zeigen, daß elementarer Schwefel bei Raumtemperatur als ausgezeichnetes Kathodenmaterial in Zink-Schwefel- und Lithium-Schwefel-Batterien dienen kann, weil er an Eisen(II)sulfid-Elektroden in wäßrigen Elektrolyten wie Ammoniumchlorid-oder Natriumchloridlösungen mit großer Geschwindigkeit reduziert wird. Die Ruheklemmenspannung einer Zink-Schwefel-Batterie beträgt 0.6 V, die einer Lithium-Schwefel-Batterie etwa 2.5 V. Die Kapazitäten und die Energiedichten übertreffen jene von handelsüblichen Zink-Braunstein-Zellen. In diesem Zusammenhang wird der elektrochemische Umsatz von elementarem Schwefel an Eisen(II)sulfid in Meerwasser diskutiert, welcher auch eine der Energiequellen gewesen sein könnte, die bei der Entstehung des Lebens eine Rolle gespielt haben.