Wasserhaltiger Natrium-Ionen-Akku könnte Lithium-Alternative werden

Auch den meisten Laien ist klar: Wasser hat in einem Akku oder einer Batterie eigentlich nichts zu suchen. Es kann für einen Kurzschluss oder unkontrollierte chemische Reaktionen sorgen. Deswegen wird Wasser bei der Batterieherstellung normalerweise in aufwändigen Prozessen entfernt.

Diese Regel haben Forscher der Universität Surry aber ignoriert – und damit einen Durchbruch geschafft. Sie arbeiten an Natrium-Ionen-Akkus. Ziel ist es, den Rohstoff Lithium durch eine günstigere und nachhaltigere Alternative zu ersetzen. Ihre Entdeckung brachte aber nicht nur leistungsstärkere Akkus hervor, sondern auch eine Möglichkeit, Trinkwasser zu gewinnen.

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Wasser lässt Ionen schneller fließen

Dafür nutzten sie für die Kathode das Material Natrium-Vanadium-Oxid. Statt sie zu entfernen, ließen die Forscher die natürlich vorkommenden Wassermoleküle darin bestehen. In dieser „hydratisierten“ Form sorgt das Wasser dafür, dass die Natrium-Ionen sich schneller bewegen können. 

Das führt dazu, dass der Akku fast doppelt so viel Energie speichern kann wie bisher entwickelte Natrium-Ionen-Akkus. Seine Kapazität erreichte einen Spitzenwert von 280 mAh pro Gramm. Das ist eine deutliche Steigerung zu vergleichbaren Konzepten, die derzeit im Schnitt bis zu 175 mAh/g schaffen. Zum Vergleich: Bei Lithium-Ionen liegt die Energiedichte im Schnitt bei 260 mAh/g. 

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Der Akku blieb über 400 Ladezyklen stabil. Auch bei sehr hoher Belastung mit Stromstärken von 100 mA/g hielt er über 150 Zyklen seine Kapazität. Die neue Bauweise garantiert damit auch, dass der Akku schnell geladen werden kann.

Trinkwasser aus Stromspeichern

Das allein wären schon sehr gute Nachrichten auf dem Weg zu nachhaltigeren und günstigeren Akkus. Doch das Team aus Surrey stellte unerwartet noch eine weitere positive Eigenschaft ihrer Batterie fest: Sie kann Wasser reinigen. 

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Sie testeten ihren Akku in Meerwasser. Damit wollten sie die bestehende Theorie testen, dass Natrium-Ionen direkt aus der Umgebung gezogen werden können. Das passiert während des Ladevorgangs. Dabei wird dem Meerwasser das Natriumchlorid entzogen. Das Natrium wandert an die Kathode, das Chlorid an die Graphit-Anode. Die zugehörige Studie erschien im Fachmagazin Journal of Materials Chemistry A.

Die Entdeckung erlaubt eine große Vision: Riesige Energiespeicher in Küstenregionen. Sie speichern Strom aus Sonnen-, Wind- und Wasserkraft speichern und produzieren gleichzeitig Trinkwasser.