Forscher kommen Natrium-Batterie näher

Wissenschaftler der Pudue University haben auf dem Weg vom Lithium-Ionen- hin zum Natrium-Ionen-Akku einen Meilenstein erreicht und alte Probleme gelöst. Denn beim Laden gingen bisher Ionen verloren, sodass der Wirkungsgrad sank. Zudem reduzierte sich die Kapazität durch Selbstentladung. [...]

Beim Laden sammelten sich lange Zeit Ionen an der Anode aus Graphit, anstatt zur Kathode aus Natrium zu wandern. Sie bildeten eine sogenannte Solid Electrolyte Interface (SEI), eine passive Grenzschicht zwischen der Anode und dem Elektrolyten. Diese erhöht den Innenwiderstand des Akkus, was die Kapazität sinken lässt. „Normalerweise hat SEI positive Auswirkungen, weil sie die Anode gegen den aggressiven Elektrolyten abschirmt“, sagt Vilas Pol, Juniorprofessor für Chemie. Wenn sie aber zu dicht sei, behindere sie den Ladevorgang.

Pol dotierte sowohl Anode als auch Kathode mit Natriumpartikeln – Dotieren bedeutet das Einbringen von wenigen Fremdpartikeln in ein Basismaterial. Derart präpariert, reduzierte sich der SEI-Aufbau, sodass die Batterie ganz normal geladen und entladen werden kann. Dass Pulver stellte das Team mithilfe von Ultraschall her, einer Technik, die normalerweise genutzt wird, um auf der Suche nach krankhaften Veränderungen in den menschlichen oder tierischen Körper zu blicken.

Flüssigkeit wird zu Pulver

Die Energie des Forschungsgeräts ist jedoch weitaus höher. Die Schallwellen lassen Natriumklumpen in einer Schutzhülle schmilzen, die mit dem Edelgas Argon gefüllt ist – das soll Kontakt zur Luft verhindern. Es entsteht eine milchige Flüssigkeit, die sich auf geheimnisvolle Weise beim Abkühlen in ein Pulver verwandelt. Dieses rührten die Forscher in Hexan ein, eine farblose Flüssigkeit, die ähnlich wie Benzin und Diesel aus Kohlenstoff und Wasserstoff besteht.

Bei der Herstellung von Anode und Kathode genügen ein paar Tropfen dieser Suspension, um den übermäßigen SEI-Aufbau zu verhindern. Natrium-Ionen-Batterien sind der Traum für jeden Nutzer von Stromspeichern. Anders als Lithium, das in nur geringen Mengen auf der Erde vorkommt, ist Natrium im Überfluss vorhanden, unter anderem in Kochsalz. Es ist aus diesem Grund sehr preiswert. Forscher an der Stanford University, die ebenfalls an diesem Batterietyp arbeiten, haben 2017 vorgerechnet, dass die Natrium-Batterie 80 Prozent billiger herzustellen wäre als ihr Lithium-Pendant.