Ein vielversprechender Fortschritt für den Einsatz von Natrium-Ionen-Batterien 🔋

Chemiker des CNRS haben neue Materialzusammensetzungen für positive Elektroden von Natrium-Ionen-Batterien synthetisiert und untersucht, die eine nachhaltige Alternative zu Lithium-Ionen-Batterien darstellen. Diese neuen Elektroden weisen eine erhöhte Energiedichte auf. Ein Fortschritt, der in der Zeitschrift Nature Materials veröffentlicht wurde.


Angesichts der steigenden Nachfrage nach Energiespeichersystemen haben sich die leistungsstarken Lithium-Ionen-Batterien als unangefochtene Marktführer etabliert. Dennoch wirft ihr ökologischer Fußabdruck sowie die ungleiche Verteilung der Lithiumressourcen Fragen auf. Ihre Verwandten, die Natrium-Ionen-Batterien (Na-Ionen), erscheinen als vielversprechende Alternative, da Natrium reichlich vorhanden ist und gleichmäßiger verteilt vorkommt.

Die verschiedenen möglichen Elektrodenmaterialien sind daher Gegenstand zahlreicher Studien, um ihre Leistung sowie ihre Leistungs- und Energiedichten zu erhöhen. Besonders Materialien des Typs NaSICON (für "sodium super ionic conductor"), die aus Natrium, Vanadium und Phosphat bestehen, stoßen auf großes Interesse als positive Elektrodenmaterialien, da sie über eine besonders robuste Kristallstruktur verfügen.

Ein internationales Forscherteam hat in Zusammenarbeit mit der Firma TIAMAT kürzlich in der Zeitschrift Nature Materials die Entdeckung einer neuen Verbindung mit erhöhter Energiedichte innerhalb der NaSICON-Familie veröffentlicht. Sie synthetisierten und isolierten dafür chemisch bislang unerforschte Phasen mit der allgemeinen Formel Na_xV₂(PO₄)₃, wobei x Werte zwischen 1,5 und 2,5 annehmen kann. Diese Verbindungen wurden mittels einer innovativen Festphasensynthesemethode bei einer moderaten Temperatur von 500°C hergestellt.

Im Gegensatz zu Standardmaterialien weisen diese neuen Zusammensetzungen einphasige Mechanismen zur Natriumextraktion/-insertion auf, die eine kontinuierliche Spannungsänderung während der Nutzung gewährleisten. Dies führt zu einer theoretischen Erhöhung der Energiedichte um 15 %, von 396 Wh/kg auf 458 Wh/kg.

Diese Entdeckungen, die in der Zeitschrift Nature Materials veröffentlicht wurden, ebnen den Weg zu leistungsfähigeren Elektroden und effizienteren Batterien, die mit aktuellen Technologien konkurrieren können und gleichzeitig umweltfreundlicher sind. Dies eröffnet ein breiteres Anwendungsfeld für Natrium-Ionen-Batterien und stärkt ihr Potenzial als nachhaltige Alternative zu Lithiumbatterien.

Autor: AVR

Referenz:
Obtaining V₂(PO₄)₃ by sodium extraction from single-phase Na_xV₂(PO₄)₃ (1 < x < 3) positive electrode materials
Sunkyu Park, Ziliang Wang, Kriti Choudhary, Jean-Noël Chotard, Dany Carlier, François Fauth, Pieremanuele Canepa, Laurence Croguennec & Christian Masquelier.
Nature Materials 2024
https://doi.org/10.1038/s41563-024-02023-7