Durchbruch bei schnell ladenden Natrium-Batterien
Natrium-Ionen-Batterien gelten als vielversprechende Alternative für Lithium-Ionen-Batterien. Sie kommen ohne kritische Rohstoffe aus. Stattdessen nutzen sie Natrium. Dieses Element ist als Bestandteil von Kochsalz (NaCl) auf der Erde quasi unbegrenzt vorhanden, weshalb Natrium-Ionen-Batterien auch Salzbatterien genannt werden. Dadurch sind sie auch günstiger und einfacher herzustellen als andere Batterieformen.
Natrium-Ionen-Batterien kämpfen aber mit Problemen, etwa einer geringen Lebensdauer. Forschern aus Hongkong ist es nun gelungen, eine neuartige "anodenfreie" Natrium-Batterie zu entwickeln, die das Risiko von Kurzschlüssen und die Verringerung der Lebensdauer beim Schnellladen reduziert. In einer Aussendung sprechen die Forscher von einem Durchbruch.
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In 6 Minuten geladen
In Labortests konnte der neue Batterietyp innerhalb von Minuten aufgeladen werden, ohne dass seine Stabilität beeinträchtigt wurde. Die Batterie zeigte dabei eine Schnellladefähigkeit von 10C, war also in 6 Minuten komplett geladen. Darüber hinaus behielt die Zelle nach 500 Ladezyklen noch über 70 Prozent ihrer Kapazität.
Wissenschaftler forschen bereits seit Jahren an anodenfreien Natrium-Batterien. In dieser wird keine Anode vorab eingebaut. Stattdessen entsteht die Anode erst beim Laden, wenn sich die Natrium-Ionen auf einem Metallkollektor ablagern.
Das Problem dabei war bisher, dass Natrium anfällig für Kurzschlüsse ist. Die Natrium-Ionen lagern sich nämlich ungleichmäßig am Kollektor ab, wodurch sich Dendriten bilden können. Diese verzweigten Metallablagerungen können zu Kurzschlüssen führen. Schnelles Laden verstärkt diesen Effekt.
Die anodenfreie Batterie im entladenen Zustand (links). Beim Laden bildet sich eine Natriummetallschicht am Kollektor.
© Li et al
Erhöhte Salzkonzentration
Diese ungleichmäßigen Ablagerungen entstehen, weil nicht alle Natrium-Ionen gleich schnell zum Kollektor kommen können. Das Forschungsteam aus Hongkong konnte diesem Problem gemeinsam mit Kollegen aus Peking entgegenwirken. Dafür erhöhten sie die Konzentration der Natrium-Salze im Elektrolyten. Dadurch werden dem Elektrolyten mehr Natrium-Ionen zugeführt. Bei der Aufladung sind dann so viele Ionen in der Nähe des Kollektors, dass die Ablagerung gleichmäßig abläuft.
Da es mehr Na-Ionen gibt, lagern sich diese gleichmäßiger ab.
© lI ET AL
"Natrium kostet weniger als ein Zehntel von Lithium, ist in Meerwasser reichlich vorhanden und kann den Preis von Elektrofahrzeugen und Energiespeichersystemen erheblich senken. Die Gewinnung ist zudem einfacher, nachhaltiger und weniger umweltschädlich für die grüne Wirtschaft", wird Prof. Li Liangliang in der Aussendung zitiert. Die neue Technologie hätte das Potenzial, für günstige und umweltfreundliche Mobilitätslösungen eingesetzt zu werden und gleichzeitig die Abhängigkeit von importiertem Lithium zu verringern.
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Die Forscher hoffen, mit ihrer anodenfreien Batterie diese Entwicklung voranzutreiben. Der Batterietyp könne über den Labormaßstab hinaus in Elektrofahrzeugen, erneuerbaren Energiespeichern und auch in Unterhaltungselektronik zum Einsatz kommen.