Natrium-Festkörperbatterien: Innovatives Elektrodenmaterial

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An der Osaka Metropolitan University in Japan haben Wissenschaftler ein neues Elektrodenmaterial entwickelt, das aus Natrium, Eisen und Schwefel besteht. In Tests erreichten Batterien mit einer Anode aus Na2FeS2 eine hohe Speicherkapazität und konnten mehr als 300-mal geladen und entladen werden.

Natrium-Batterien als kostengünstige Alternative

Natrium-Batterien lassen sich im Gegensatz zu Lithium-Ionen-Batterien aus reichlich vorhandenen und kostengünstigen Elementen herstellen. Mit neuen, leistungsfähigeren Batteriematerialen verbessern sich auch ihre Leistungsfähigkeit und Lebensdauer. Die neue Verbindung Na2FeS2 könnte Festkörper-Natriumbatterien mit höherer Kapazität zu niedrigeren Kosten ermöglichen.

Kristallstruktur der Anode sorgt für längere Lebensdauer

Das neue Anodenmaterial wurde von einem Forschungsteam an der Graduate School of Engineering der Osaka Metropolitan University entwickelt. Die höhere Lebensdauer der Batterie beruht auf der einzigartigen Kristallstruktur von Na2FeS2. Die meisten Metallsulfid-Elektroden mit hoher Kapazität beruhen auf Umwandlungsreaktionen, die beim Laden und Entladen mit inhomogenen Reaktionen und Degradation einhergehen, wie die Forscher mitteilten.

Na2FeS2 dagegen erreicht als Anodenmaterial ein hohes Maß an Reversibilität während des Ladens und Entladens, indem es Einlagerungsreaktionen durchläuft. Dadurch kann die Elektrode ihre Kristallstruktur über viele Zyklen hinweg behalten. Die Natrium-Batterien hielten deshalb im Labor über 300 Ladezyklen durch.

Für Natrium-Festkörperbatterien geeignet

Die Forscher teilte mit, die neuen Na2FeS2-Elektroden seien hinsichtlich Materialien, Kosten sowie Lebensdauer sehr ausgewogen. Sie erwarten deshalb, dass sie in Natrium-Festkörperbatterien eingesetzt werden können. Die Wissenschaftler wollen ihre Forschung weiter fortsetzen, um Feststoffbatterien auf Natriumbasis mit noch höherer Leistung zu entwickeln.

Ressourcensparende und günstige Alternativen zu Lithium-Ionen-Batterien werden intensiv erforscht. Auch der chinesische Hersteller CATL hat eine Natrium-Batterie angekündigt. Diese erreicht derzeit jedoch nur eine Energiedichte von 160 Wh/kg, etwa halb so viel wie aktuelle Lithium-Ionen-Akkus. Wegen der niedrigeren Energiedichte sind Natrium-Akkus eher für stationäre Anwendungen in Pufferspeichern oder als Backup-Stromversorgung denkbar als im Elektroauto.

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