Eine neue Etappe im Rennen um erschwingliche Batterien

Eine innovative Methode könnte ein zentrales Hindernis im Design von Natrium-Ionen-Batterien überwinden. Ein entscheidendes Detail im Herstellungsprozess zeigt, dass eine Verlangsamung der Aufheizrate Mikro-Risse in den Kathodenpartikeln verhindern könnte.

Diese Risse beeinträchtigen schon seit langem die Leistung dieser Batterien und begrenzen ihre Lebensdauer. Ein Forscherteam aus Argonne hat kürzlich eine Methode entwickelt, die dieses wiederkehrende Problem scheinbar löst.


Um die Ursache dieser Risse zu verstehen, konzentrierten sich die Wissenschaftler auf die Struktur der Kathodenpartikel selbst, die einen nickelreichen Kern und eine Hülle aus Kobalt und Mangan aufweisen. Diese besondere Konfiguration ermöglicht eine hohe Speicherkapazität, jedoch führt das Ungleichgewicht zwischen den Materialien zu inneren Spannungen, die während der Lade- und Entladezyklen Risse erzeugen.

Durch die Anpassung der Aufheizrate bei der Herstellung der Partikel stellte das Team fest, dass eine langsamere Rate diese Spannungen verringern konnte. Der Syntheseprozess, der unter sehr präzisen Temperaturbedingungen durchgeführt wurde, stabilisierte die Kathodenpartikel.

Die an Argonne durchgeführte Studie ergab, dass bei einer Aufheizgeschwindigkeit von einem Grad pro Minute keine Risse entstehen. Im Gegensatz dazu führt eine schnellere Aufheizrate von fünf Grad pro Minute bei 250 °C zur Bildung von Rissen.

Diese Entdeckung ist entscheidend für die Zukunft von Natrium-Ionen-Batterien. Diese Batterien sind kostengünstiger und in größeren Mengen verfügbar als Lithium-Ionen-Batterien und könnten eine Schlüsselrolle im Rahmen der Energiewende spielen, insbesondere bei der Speicherung erneuerbarer Energien.

Die Forscher arbeiten weiter an der Verbesserung dieser Technologie und bemühen sich, die Verwendung von Nickel in den Kathoden zu eliminieren, was die Kosten weiter senken und die Haltbarkeit erhöhen würde. Obwohl Natrium-Ionen-Batterien eine geringere Energiedichte als Lithium-Batterien aufweisen, zeigen sie sich vielversprechend für Elektrofahrzeuge, die für den städtischen Einsatz geeignet sind.

Die Hoffnung ist, Natrium-Ionen-Batterien zu entwickeln, die ebenso effizient sind wie die aktuellen Lithium-Eisen-Phosphat-Kathoden, was die Elektromobilität nachhaltiger machen könnte.

Was ist eine Natrium-Ionen-Batterie?

Eine Natrium-Ionen-Batterie ist ein Typ wiederaufladbarer Batterie, der Natrium-Ionen (Na⁺) verwendet, um Energie zu speichern und freizusetzen, im Gegensatz zu Lithium-Ionen-Batterien, die Lithium-Ionen verwenden. Während der Lade- und Entladezyklen bewegen sich Natrium-Ionen zwischen einer Anode und einer Kathode, was einen Elektronenfluss erzeugt, der elektrische Energie liefert.

Obwohl Lithium-Ionen-Batterien den Markt dominieren, ist Natrium weitaus häufiger und kostengünstiger als Lithium. Dies macht Natrium-Ionen-Batterien besonders attraktiv für Anwendungen, bei denen große Energiemengen gespeichert werden müssen, wie z.B. in Stromnetzen. Allerdings haben diese Batterien eine geringere Energiedichte, was bedeutet, dass sie weniger Energie pro Gewichtseinheit oder Volumeneinheit speichern.