Forscher haben die weltweit erste Natriumbatterie ohne Anode entwickelt. Sie soll eine kostengünstige und umweltfreundliche Alternative zu Lithium-Akkus darstellen.
Forscher des Labors für Energiespeicherung und -umwandlung an der University of Chicago und der University of California haben die weltweit erste Batterie ohne Anode auf Natrium-Basis entwickelt. Der neue Ansatz könnte den Preis von schnell ladenden Batterien mit großer Kapazität deutlich reduzieren. Mögliche Einsatzszenarien sind Elektrofahrzeuge oder die Nutzung als Batterie für die Speicherung überschüssiger Energie.
Die Kombination von Natrium, das günstiger und umweltfreundlicher als Lithium ist, mit einem innovativen Design ohne Anode macht die Batterien besonders vielversprechend. Das Forschungsteam entwickelte dafür eine neue Architektur für Natriumbatterien, die mehrere Hundert Zyklen stabil bleiben kann. Durch die Entfernung der Anode und die Verwendung von Natrium anstelle von Lithium ist die Batterie nicht nur kostengünstiger, sondern auch sicherer und leistungsfähiger.
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Natriumbatterie ohne Anode ermöglicht hohe Energiedichte
Dabei handelt es sich um einen entscheidenden Schritt, um den weltweiten Bedarf an Batterien zu decken. Denn durch den Übergang von fossilen Brennstoffen zu erneuerbaren Energien sind Batterietechnologien wichtiger denn je. Das Problem bei Lithium-Ionen-Akkus bleibt aber die Beschaffung notwendiger Rohstoffe.
Lithium ist nicht nur knapp, sondern seine Gewinnung ist auch umweltschädlich. Die meisten Vorkommen befinden sich im „Lithium-Dreieck“ in Südamerika. Im Gegensatz dazu ist Natrium in der Erdkruste und im Meerwasser weitverbreitet. Die neue Batteriearchitektur verzichtet auf die herkömmliche Anode und speichert die Ionen direkt auf einem Stromkollektor. Das ermöglicht eine höhere Energiedichte und niedrigere Produktionskosten.
Natriumbatterien teils effizienter als Lithiumbatterien
Der Ansatz des Teams bestand darin, einen Stromkollektor aus Aluminiumpulver zu schaffen. Um aus dem körnigen Aluminiumpulver einen festen Batteriebestandteil herzustellen, verdichtete das Team das Pulver unter hohem Druck. Diese Methode ermöglicht einen effizienten Zyklusbetrieb mit niedrigen Kosten. Solche Innovationen zeigen, dass Natriumbatterien nicht nur realisierbar, sondern in einigen Fällen sogar effizienter als Lithiumbatterien sind.
Die Vision ist es, eine Vielzahl sauberer und günstiger Batterien zu entwickeln, die erneuerbare Energie speichern und den gesellschaftlichen Bedarf decken. Die leitenden Forscher reichten für ihren Ansatz bereits eine Patentanmeldung ein. Möglicherweise sehen wir auf Natrium basierte Batterien in Zukunft also häufiger in unserem Alltag.
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Aber was macht man mit dem giftigen Chlor bei der Gewinnung aus Natriumchlorid?
Per Definition besteht eine Batteriezelle aus einer Kathode und einer Anode. Wenn das der Stromkollektor als Aktivmaterial fungiert, so ist dieser die neue Anode in der Zelle, es wurde also nur Aktivmaterial weggelassen. Jetzt wäre es interessant um wieviel Prozent die gravimetrische / volumetrische Energiedichte besser ist, im Vergleich einer herkömmliche kommerziell erhältlichen Natrium-Ionen-Batterie. Wichtiger noch ist inwiefern sich das neue Design auf die Lebensdauer auswirkt, da kommerzielle Zellen locker 3000 bis 5000 Zyklen schaffen