Neuer Natrium-Akku verhindert selbstständig das Explodieren

Ein neuer Natrium-Ionen-Akku leitet selbstständig Schutzmaßnahmen ein, bevor er sich entzünden könnte. Bei großer Hitze wird der Elektrolyt darin automatisch fest. Entwickelt wurde der Akku mit integriertem Brandschutz von Forschern der Chinese Academy of Science (CAS). Sie veröffentlichten ihre Forschungsergebnisse im Fachmagazin Nature Energy. 

Um den sogenannten "Thermal Runaway" zu verhindern, bei dem eine Batterie unkontrolliert Energie freisetzt und sich so entzünden kann, wurde der nicht-flammbare Elektrolyt aus einem speziellen Kunststoff gefertigt, der auf Triethylphosphat (TEP) basiert. Das wird häufig als Flammschutzmittel verwendet.

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Elektrolyt bildet "Schutzwand"

Dieser flüssige Elektrolyt wurde so modifiziert, dass er zu einem Feststoff wird, sobald die Temperatur 150 Grad Celsius erreicht. Dadurch entsteht eine physische, isolierende Schicht zwischen der Anode und Kathode. Diese Barriere oder "smarte Firewall" verhindert, dass innerhalb der Batteriezelle eine Kettenreaktion ausgelöst wird, die zur Explosion führen könnte. 

Getestet wurde die neue Technologie mit einer 3,5-Amperestunden-Batterie. Auch bei 300 °C gab es weder Flammen noch eine Explosion oder Rauchentwicklung. Sie bestand den sogenannten Nageltest (Nail-Penetration-Test), bei dem die Batteriezelle von einem Stahlnagel durchschlagen wird, um einen Kurzschluss herbeizuführen.

Einsatz bei Extremtemperaturen

Damit das gelingt, entwickelten die Forscher ein Doppelsalz-System mit einer Kombination aus Natriumtetrafluoroborat (NaBF4) und Natriumhexafluorophosphat (NaPF6). Beim ersten Laden bildet sich in der Regel eine Schutzschicht auf der Anode, die "Solid Electrolyte Interphase" (SEI). Zuvor gab es aber Probleme, da TEP die Anode trotz der Schutzschicht angreifen konnte. Das wird mit der Salzmischung verhindert. 

Der Akku funktioniert auch bei relativ niedrigen und hohen Temperaturen zwischen -40 und 60 °C. Er soll eine stabile Spannung von 4,3 Volt bei einer Energiedichte von 211 Wh pro Kilogramm liefern. Das wäre ein deutlich höherer Wert als bei vergleichbaren Natrium-Batterien, die meist zwischen 140 und 160 Wh/kg schaffen. 

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Die Forscher hoffen, dass der Durchbruch die Akkus vor allem für den Einsatz in E-Autos sicherer macht, heißt es in einer Mitteilung. Wie Car News China berichtet, steht das Forschungsprojekt in Zusammenhang mit dem Natrium-Akku-Entwickler Zhongke Haina (HiNa), einem Spin-off der CAS.