BAM steigert Leistung von Natrium-Ionen-Batterien deutlich

Ein Core-Shell-Design senkt Startverluste von Natrium-Ionen-Batterien massiv und hebt die Effizienz auf 82 %. Basis ist ein günstiges Aktivkohle-Material.

Forschende der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) haben eine neue Anode für Natrium-Ionen-Batterien entwickelt, die die Anfangseffizienz von 18 auf 82 % erhöht. Möglich wird das durch ein Core-Shell-Design, das hohe Speicherkapazität mit effizienter Schutzschichtbildung kombiniert. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Angewandte Chemie veröffentlicht.

Bis dato bremst vor allem der erste Ladezyklus die Natrium-Ionen-Technologie: Dabei reagieren Elektrolyt und harte Kohlenstoffanode miteinander, wodurch Elektrolytmoleküle Poren blockieren, die eigentlich für Natriumionen vorgesehen sind. Erst nach der Bildung einer Schutzschicht kommt dieser Prozess zum Stillstand – allerdings bindet diese Schicht selbst Ladungsträger und senkt so die nutzbare Energie.

Core-Shell trennt Schutzschicht und Speicherfunktion

Während sich diese Schutzschicht bei Lithium-Ionen-Batterien auf Graphitanoden vergleichsweise leicht bildet, kann Natrium dort nicht gespeichert werden. Stattdessen kommen sogenannte Hard Carbons zum Einsatz, die besonders anfällig für Startverluste sind. Das BAM-Team setzt deshalb auf ein zweischichtiges Anodenkonzept: Ein poröser Hard-Carbon-Kern dient als Speicher, eine extrem dünne Hülle wirkt als Filter. Sie lasse Natriumionen passieren, halte störende Elektrolytmoleküle jedoch zurück.

Nach Angaben der Forschenden ermöglicht diese Trennung von Schutzschichtbildung und Speicherfunktion eine gleichzeitige Verbesserung von Effizienz und Kapazität. Das entwickelte Material basiert auf Aktivkohle und wird als kostengünstig sowie umweltfreundlich beschrieben. Weiterentwickelt wird das Material nun am Berlin Battery Lab, einer Kooperation von BAM, Helmholtz-Zentrum Berlin und Humboldt-Universität. Ziel ist es, die Technologie in Richtung marktreifer Anwendungen zu bringen.