Durchbruch macht Natrium-Batterien effizienter und Salzwasser trinkbar

Batterien sind ein zentraler Baustein einer nachhaltigen Zukunft. Heute gängige Lithium-Ionen-Akkus gehen allerdings mit einer Reihe von Nachteilen einher, von teuren Rohstoffen problematischer Herkunft bis zur Brandgefahr.

Eine mögliche Alternative sind Natrium-Ionen-Batterien. Denn das zugrundeliegende Natrium – ein Bestandteil von haushaltsüblichem Kochsalz (Natriumchlorid) – ist reichlich verfügbar und preisgünstig. Allerdings ist die Energiedichte von Natrium-Batterien und ihre Lebensdauer vergleichsweise gering.

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Ein Forschungsteam der University of Surrey in Großbritannien hat nun eine chemische Verbindung vorgeschlagen, die eine deutliche Leistungssteigerung von Natrium-Batterien ermöglicht. Die Ergebnisse wurden kürzlich in der Fachzeitschrift Journal of Materials Chemistry A veröffentlicht.

Mehr Ladung, mehr Ladezyklen

Nanostrukturiertes Natrium-Vanadat (NaV₃O₈) und sein Hydrat gelten als vielversprechende Kathode und Anode in Natrium-Ionen-Batterien. Im Versuch der Chemikerinnen und Chemiker der University of Surrey konnte das Material weit mehr Ladung speichern und schneller laden. Außerdem blieb es über 400 Ladezyklen stabil.

Die „nasse“ Version der Verbindung konnte in Tests fast doppelt so viel Ladung speichern wie typische Natrium-Ionen-Materialien. Damit zählt sie laut den Forscherinnen und Forschern zu den leistungsstärksten Kathoden, die bisher bekannt sind.

„Natrium-Vanadium-Oxid gibt es schon seit Jahren und normalerweise wird es einer Wärmebehandlung unterzogen, um das Wasser zu entfernen, da man davon ausgeht, dass es Probleme verursacht. Wir haben beschlossen, diese Annahme in Frage zu stellen und das Ergebnis war weitaus besser als erwartet“, erklärt Erstautor Daniel Commandeur in einer Aussendung.

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Meerwasser entsalzen

Das Team hat außerdem untersucht, wie sich das Material in Salzwasser verhält – eine der herausforderndsten Umgebungen überhaupt. Dabei zeigte sich, dass es einerseits weiterhin effektiv funktionierte. Andererseits entfernte es Natrium aus der Lösung, während eine Graphitelektrode Chlorid extrahierte. Dieser Prozess ist als elektrochemische Entsalzung bekannt.

Die neuartige Batterietechnologie könne damit nicht nur Energie speichern, sondern auch Salz aus Wasser entfernen. „Langfristig bedeutet das, dass wir Systeme entwickeln könnten, die Meerwasser als völlig sicheren, kostenlosen und reichlich vorhandenen Elektrolyt nutzen und nebenbei Süßwasser produzieren“, sagt Commandeur. Laut der Universität ist die Forschung mit diesem Durchbruch der kommerziellen Produktion von Natrium-Ionen-Akkus einen Schritt näher gekommen.