Lithium-zwavelbatterij: de belofte van lichtere, goedkopere energieopslag

Bijgewerkt: 24 augustus 2026 · 6 min leestijd

Een lithium-zwavelbatterij (Li-S) is een type oplaadbare batterij dat, net als de lithium-ionbatterij in je telefoon of elektrische auto, lithium gebruikt om energie op te slaan. Het grote verschil zit in de positieve elektrode: waar gewone lithium-ionbatterijen dure metalen als kobalt en nikkel gebruiken, gebruikt de Li-S-batterij zwavel. Zwavel is goedkoop, wereldwijd in overvloed aanwezig en veel lichter dan de metaaloxiden in huidige batterijen.

Het resultaat is, in theorie, een batterij die veel meer energie kan opslaan per kilogram gewicht. Vergelijk het met een rugzak: een lithium-ionbatterij is als een rugzak vol stenen die energie bevatten, terwijl een lithium-zwavelbatterij eerder een rugzak vol piepschuim met energie is - lichter, maar lastiger om stevig en lang houdbaar te verpakken. Die laatste uitdaging is precies waarom je deze batterij nog niet in je auto of telefoon vindt.

Wat is het precies?

Een batterij werkt door lading (elektronen en ionen) heen en weer te laten bewegen tussen twee elektroden: de negatieve elektrode (anode) en de positieve elektrode (kathode). Bij het opladen en ontladen bewegen lithium-ionen tussen deze twee polen, terwijl de elektronen via de buitenste stroomkring lopen en zo elektrische stroom leveren.

In een lithium-zwavelbatterij bestaat de anode meestal uit puur lithiummetaal, en de kathode uit zwavel. Tijdens het ontladen reageert lithium met zwavel tot lithiumsulfides; tijdens het opladen wordt dit proces omgekeerd. Omdat zwavel veel lichter is dan de kobalt- en nikkelverbindingen in gangbare batterijen, en omdat elk zwavelatoom relatief veel lithium-ionen kan opnemen, ligt de theoretische energiedichtheid van deze chemie ruim hoger dan die van lithium-ion: rond de 2600 Wattuur per kilogram tegenover ongeveer 250 tot 300 Wattuur per kilogram voor de beste huidige lithium-ionbatterijen.

Dat theoretische cijfer is echter niet wat je in de praktijk krijgt. Tijdens het ontladen ontstaan tussenproducten, de zogenoemde polysulfiden, die oplossen in de vloeibare elektrolyt van de batterij. Deze polysulfiden kunnen van de kathode naar de anode migreren en daar ongewenste reacties aangaan - het zogeheten 'shuttle-effect'. Dit zorgt voor capaciteitsverlies, een kortere levensduur en een batterij die na een paar honderd laadcycli al flink aan kracht inboet, terwijl lithium-ionbatterijen vaak duizenden cycli meegaan.

Een tweede probleem is dat de zwavelkathode tijdens het ontladen fors uitzet in volume, tot wel 80 procent, wat de fysieke structuur van de elektrode op termijn beschadigt. Ten derde is het lithiummetaal van de anode gevoelig voor de vorming van naaldachtige structuren (dendrieten), die kortsluiting of zelfs brand kunnen veroorzaken. Vrijwel al het onderzoek naar Li-S-batterijen richt zich op het temmen van deze drie problemen, bijvoorbeeld met speciale koolstofstructuren die polysulfiden vasthouden, nieuwe elektrolytsamenstellingen of beschermlagen op de lithiumanode.

Wat wil men ermee bereiken?

De belangrijkste drijfveer is gewicht. Voor toepassingen waar elke kilogram telt - elektrische vliegtuigen, hoogtevliegende drones, ruimtevaart - kan een batterij die twee tot drie keer zoveel energie per kilogram levert het verschil maken tussen wel of niet vliegen. Ook voor elektrische auto's is gewichtsbesparing aantrekkelijk: een lichtere batterij betekent meer actieradius of een kleiner, goedkoper batterijpakket voor dezelfde actieradius.

Een tweede drijfveer is grondstofonafhankelijkheid. Kobalt en nikkel, nodig voor veel huidige batterijchemieën, worden voor een groot deel gewonnen in landen met geopolitieke risico's of omstreden mijnbouwpraktijken. Zwavel is daarentegen een bijproduct van de olie- en gasraffinage en is wereldwijd goedkoop en ruim voorradig. Dat maakt lithium-zwavelbatterijen in potentie ook stukken goedkoper te produceren.

Tot slot spelen veiligheid en duurzaamheid mee: minder giftige en zeldzame metalen betekent minder complexe en milieubelastende mijnbouw en recycling. Deze beloften zijn echter nog grotendeels theoretisch; of ze in de praktijk waargemaakt worden, hangt af van of de technische obstakels op grote schaal opgelost kunnen worden.

Voorbeelden uit de praktijk

De meest aansprekende praktijktoepassing tot nu toe ligt in de luchtvaart. Het Amerikaanse bedrijf Sion Power leverde lithium-zwavelcellen voor de Zephyr, een zeer lichte, zonne-aangedreven hoogtevliegende drone die eerst door het Britse Qinetiq en later door Airbus werd doorontwikkeld. Dankzij het lage gewicht van de batterijen kon de Zephyr S in 2018 een recordvlucht van bijna 26 dagen aan één stuk maken op grote hoogte, aangedreven door zonnepanelen overdag en de batterij 's nachts.

In de Verenigde Staten werkt het bedrijf Lyten, gevestigd in San Jose, aan lithium-zwavelbatterijen die gebruikmaken van een eigen koolstofmateriaal (een soort driedimensionaal grafeen) om het shuttle-effect te beperken. Lyten richt zich onder meer op toepassingen in defensie, drones en zware transportvoertuigen, en heeft in de Verenigde Staten productiefaciliteiten opgezet om de technologie op te schalen.

Het Duitse bedrijf Theion ontwikkelt een variant die het een 'kristalbatterij' noemt, waarbij zwavel in een andere kristalstructuur wordt verwerkt om de stabiliteit te verbeteren; het bedrijf claimt op termijn energiedichtheden te kunnen halen die ver boven die van lithium-ionbatterijen liggen, al zijn dit vooralsnog laboratoriumresultaten en fabrieksclaims die nog niet onafhankelijk op grote schaal zijn bevestigd.

Op onderzoeksniveau heeft de Australische Monash University, onder leiding van onderzoeker Mainak Majumder, in de afgelopen jaren meerdere doorbraken gemeld op het gebied van poreuze koolstofelektroden voor Li-S-batterijen met een langere levensduur. Ook Duitse instituten zoals Fraunhofer werken aan schaalbare productieprocessen voor zwavelkathodes, in samenwerking met de Duitse auto-industrie, die geïnteresseerd is in lichtere batterijen voor toekomstige modellen.

Hoe ver is de techniek?

Lithium-zwavelbatterijen bevinden zich grotendeels nog in de onderzoeks- en pilotfase, met hier en daar een niche-toepassing in productie, zoals de eerdergenoemde hoogtevliegende drones. Voor massamarkten als elektrische auto's of consumentenelektronica is de technologie nog niet rijp genoeg: de beperkte cyclusduur van doorgaans enkele honderden laad- en ontlaadcycli is voor een auto, die tienduizenden cycli over zijn levensduur moet doorstaan, nog altijd een te grote horde.

De afgelopen tien tot vijftien jaar is er wel gestage vooruitgang geboekt. Waar vroege laboratoriumcellen na tientallen cycli al ernstig aan capaciteit verloren, melden onderzoeksgroepen en bedrijven inmiddels cellen die honderden cycli met een acceptabel capaciteitsbehoud doorstaan. Ook de gerapporteerde energiedichtheden zijn gestegen, van ruim onder die van lithium-ion naar - volgens sommige fabrikanten - niveaus die er inmiddels boven uitkomen. Deze cijfers zijn echter vaak afkomstig van de bedrijven zelf en nog niet altijd onafhankelijk gevalideerd op celniveau, laat staan op batterijpakketniveau waar extra behuizing en elektronica het voordeel weer verkleinen.

Een belangrijk obstakel blijft ook de productie op grote schaal: het is één ding om in een laboratorium een handvol goed presterende cellen te maken, en iets heel anders om dat consistent en betaalbaar te doen in fabrieken die miljoenen cellen per jaar produceren. Meerdere eerdere pogingen om Li-S commercieel te maken zijn gestrand; het Britse bedrijf Oxis Energy, ooit een voorloper in dit veld, ging in 2021 failliet nadat het er niet in slaagde de technologie tijdig naar de markt te brengen. Dit onderstreept dat de weg van laboratorium naar massaproductie bij deze chemie tot dusver weerbarstiger is gebleken dan gehoopt.

Wie werken eraan?

Naast de eerdergenoemde partijen zijn er wereldwijd tientallen bedrijven en onderzoeksgroepen actief. In de Verenigde Staten werken naast Lyten ook bedrijven als Zeta Energy aan Li-S-technologie, met interesse vanuit de auto-industrie voor toekomstige toepassingen. In het Verenigd Koninkrijk doet de Universiteit van Coventry onderzoek naar Li-S in samenwerking met de industrie, als opvolger van het gedachtegoed van het failliete Oxis Energy.

In Australië loopt onderzoek aan Monash University en de CSIRO (de nationale wetenschappelijke onderzoeksorganisatie), met een focus op nieuwe elektrodematerialen. In Duitsland zijn naast Theion ook Fraunhofer-instituten en verschillende universiteiten betrokken, vaak met steun van de Duitse en Europese overheid, die geïnteresseerd zijn in minder grondstofafhankelijke batterijtechnologie voor de auto- en luchtvaartindustrie. In de Verenigde Staten financiert het ministerie van Energie (DOE), onder meer via het ARPA-E-programma, onderzoek naar batterijen met een hogere energiedichtheid, waaronder lithium-zwavelchemieën, als onderdeel van de bredere strategie om minder afhankelijk te zijn van kritieke metalen.

Ook Zuid-Korea en China, wereldwijd de grootste producenten van lithium-ionbatterijen, hebben onderzoeksprogramma's lopen naar volgende-generatie batterijchemieën waaronder Li-S, al ligt de nadruk daar voorlopig sterker op vastestofbatterijen (solid-state) als meest kansrijke opvolger van lithium-ion.