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29.11.2017 | Batterie | Nachricht | Onlineartikel

Forscher entwickeln eine neue Natrium-Festkörperbatterie

Autor:
Patrick Schäfer

Forscher der Empa und der Universität Genf haben einen Prototypen einer Natrium-Festkörperbatterie entwickelt. Sie soll mehr Energie speichern und ein hohes Niveau an Sicherheit sowie Zuverlässigkeit bieten.

Im Zuge der hohen Nachfrage nach Batterien beispielsweise für den Einsatz in Elektroautos stellt sie eine kostengünstigere Alternative zu Lithium-Ionen-Batterien dar. Die Natrium-Festkörperbatterie soll zudem die bei Lithium-Ionen-Batterien mögliche Dendritenbildung unterdrücken – diese kann Kurzschlüsse in der Batterie und Brände auslösen. Zusätzlich ermöglicht das Kathodenmaterial Natrium den Einsatz von metallischen Anoden und somit höhere Energiedichten.

Als festen Ionenleiter, der chemisch sowie thermisch stabil und nicht toxisch ist, wählten die Forscher den borhaltigen Stoff closo-Boran. Er ermöglicht den Natrium-Ionen, relativ frei zu zirkulieren und ist als anorganisches Elektrolyt nicht brennbar. "Die Schwierigkeit bestand nun darin, einen engen Kontakt zwischen den drei Komponenten herzustellen: zwischen der Anode aus festem metallischem Natrium, der Kathode aus Natriumchromoxid sowie dem Elektrolyten, dem closo-Boran", erläutert Léo Duchêne, Empa-Wissenschaftler und Doktorand an der Universität Genf. Um dies zu ermöglichen, pressten sie die Batterie aus einzelnen Schichten zusammen. Dafür wurde ein Teil des festen Elektrolyten in einem Lösungsmittel aufgelöst und dann das Kathodenmaterial hinzugefügt. Sobald das Lösungsmittel verdampft war, schichteten sie dieses kompakte Pulver mit dem Elektrolyten sowie der Anode auf. 

Forschung an Natrium-Festkörperbatterie geht weiter

Die Wissenschaftler führten 250 Lade- und Entladezyklen am Akku durch, der danach noch 85 Prozent leistete. "Für eine marktfähige Batterie müssen es jedoch 1200 Zyklen sein", merkt Projektleiter und Empa-Wissenschaftler Arndt Remhof an. "Zudem müssen wir die Batterien bei Umgebungstemperatur testen, um nachweisen zu können, dass sich keine Dendriten bilden. Gleichzeitig wollen wir die Spannung weiter erhöhen. Unsere Arbeit ist also noch nicht abgeschlossen." Das Projekt wird vom Schweizer Nationalfonds und vom SCCER Heat & Eletricity Storage unterstützt. Die Forschungsergebnisse wurden in der Zeitschrift "Energy and Environmental Science" veröffentlicht.

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