Sie stecken in unseren Smartphones, Laptops und auch in Elektroautos: Lithium-Ionen-Batterien sind die leistungsfähigsten Akkus auf dem Markt. Doch Lithium als Rohstoff wird knapp, deshalb suchen Forscher weltweit nach möglichst günstigen Alternativen. Am Georgia Institute of Technology in Atlanta hat ein Forscherteam jetzt vielversprechende Fortschritte mit Batterien auf Basis von Natrium und Kalium gemacht.

Pyrit statt Lithium als Elektrodenmaterial

Die Alkalimetalle Natrium und Kalium sind wesentlich besser verfügbar als Lithium und deshalb günstiger. Bisher ging die Forschung allerdings davon aus, dass solche Batterien nicht nur weniger Energie speichern können, sondern auch schneller abbauen als Lithium-basierte Batterien. Der Wissenschaftler Matthew McDowell und sein Team haben herausgefunden, dass das nicht immer der Fall ist.

Sie untersuchten, wie Lithium-, Natrium- und Kaliumionen mit Pyrit reagieren, auch bekannt als Katzengold. Dabei setzten sie das Pyrit anstelle von Lithium als Elektrodenmaterial ein. Wenn Batterien geladen und entladen werden, reagieren die Ionen mit den Elektrodenpartikeln. Diese Reaktionen führen nach und nach zur Zersetzung der Elektrode. Weil Natrium- und Kaliumionen größer sind als die von Lithium, ging die Forschung bisher davon aus, dass dieser Prozess entsprechend schneller geht.

Überraschende Ergebnisse

Das Team von Matthew McDowell in Atlanta schuf für den Versuch winzige Pyritkristalle. Mit einem speziellen Mikroskop beobachteten die Forscher, dass die Kristalle bei der Reaktion mit Lithium bald Risse bildeten. Beim Kontakt mit Natrium und Kalium waren sie – für die Forscher unerwartet – viel widerstandsfähiger. Die Forscher schließen daraus, dass eine Batterie auf Basis von Natrium oder Kalium eine weitaus längere Lebensdauer haben könnte als bisher angenommen.

Bis zum Billig-Akku sind noch weitere Versuche nötig

Die Ergebnisse könnten die Grundlage dafür sein, dass Lithium in Batterien irgendwann durch billige Alternativen ersetzt werden kann. Bevor ein neuer Batterietyp auf den Markt kommt, müssen Forscher aber das Problem mit der niedrigeren Energiedichte lösen. „Lithium-Batterien sind im Moment immer noch am attraktivsten, weil sie die höchste Energiedichte haben“, sagte McDowell. „Natrium- und Kaliumbatterien haben aktuell keine höhere Energiedichte, doch sie basieren auf Elementen, die in der Erdkruste tausendmal häufiger vorkommen als Lithium. Deshalb könnten sie künftig viel billiger sein, was wichtig ist für große Energiespeicher – als Notstromversorgung zuhause oder im Stromnetz der Zukunft.“

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Quellen / Weiterlesen:
Sodium- and Potassium-based Batteries Hold Promise for Cheap Energy Storage | Georgia Institute of Technology
Forscher arbeiten an Billig-Akkus | Spiegel Online
Bildquelle: Wikipedia – By User:Christoph Radtke, postprocessed by Eva K. [Public domain]

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