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Natrium-Batterien speichern weniger Energie als Lithium-Ionen-Batterien. Weil das bei stationären Speichern aber keine so große Rolle spielt, widmet sich HyPerium den Natrium-Feststoffbatterien mit polymer-keramischen Festelektrolyten.
Natrium-Batterien sind günstig und sicher
Weltweit besteht ein hoher Bedarf an günstigen und sicheren Batterien für die Energiewende. Damit künftig ausreichend Batterien zur Verfügung stehen, ist vor allem die Versorgung mit Batterierohstoffen wichtig. Da bei den heute gängigen Materialien eine Verknappung droht, fördert das Bundesministerium für Bildung und Forschung inzwischen auch alternative Batterien mit neuen Materialien. Dazu gehören auch Natrium-Batterien. HyPerium will Natrium-Festkörperbatterien als günstige und leistungsfähige Alternative zu heutigen Lithium-Ionen-Akkus entwickeln.
Natrium ist ein gut verfügbares und nicht umweltschädliches Material. Zwar können Natrium-Batterien bezogen auf Volumen- und Masseneinheiten nicht so viel Energie speichern wie Lithium-Ionen-Batterien und fallen deshalb größer aus. Die Größe des Akkus ist bei stationären Speichern aber nicht so entscheidend wie im Elektroauto. Dafür sind Natrium-Akkus günstiger und sicherer.
Die meisten Großbatterien für die stationäre Stromspeicherung sind Lithium-Ionen-Akkus mit einem brennbaren flüssigen Elektrolyten. Das zieht einen größeren Aufwand beim thermischen Management nach sich, besonders beim schnellen Auf- und Entladen. Um die Batterie sicherer zu machen, setzen die Forschungspartner bei HyPerium auf einen festen Elektrolyten auf Natriumbasis.
So bündeln die Partner ihr Know-how
Dem Forschungsverbund HyPerium gehören das Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie ICT, das Forschungszentrum Jülich, das Institut für Mechanische Verfahrenstechnik und Mechanik (MVM) des KIT sowie das Helmholtz-Institut Ulm (HIU) an.
Bei der Entwicklung der Batterie trägt jeder Partner seine spezielle Expertise bei. Das Fraunhofer ICT stellt verschiedene feste Elektrolyte her, die auf Polymeren oder Polymer-Keramiken basieren, außerdem die Kathoden. Das Institut für Energie- und Klimaforschung, Werkstoffsynthese und Herstellungsverfahren des Forschungszentrums Jülich entwickelt die natrium-ionenleitenden Keramiken sowie alternative Kathodenaktivmaterialien. Die dazugehörigen Anoden und alternative Polymerelektrolyte steuert das Helmholtz-Institut Ulm bei.
Die Komponenten werden zu Batterien im Labormaßstab verbaut, die die Partner auf ihre Leistungsfähigkeit untersuchen. Diese wird anschließend mithilfe der Modellierung von Elektroden, Festelektrolyten und anschließender Simulation der Batterie sowie Charakterisierung der Kathodenmaterialien weiter verbessert, wofür das Institut für Mechanische Verfahrenstechnik und Mechanik am KIT verantwortlich ist. Das ICT prüft und bewertet die Sicherheit der Batteriezellen.
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Bildquelle: © Fraunhofer ICT