Durchbruch bei neuen Natrium-Batterien: vollständig laden in nur sechs Minuten

Natrium-Ionen-Batterien gelten laut dem Forscherteam von der Lingnan University Hongkong  seit Jahren als kostengünstige und nachhaltige Alternative zu Lithium-basierten Energiespeichern. Natrium ist in Form von Kochsalz auf der Erde nahezu unbegrenzt vorhanden und deutlich günstiger zu gewinnen als Lithium. Die Akkus versprechen deshalb niedrigere Preise und eine geringere Abhängigkeit von kritischen Rohstoffen. Bisherige Ansätze litten jedoch unter einer geringen Lebensdauer und hohen Risiken bei Schnellladevorgängen.

Das Forscherteam setzte auf eine anodenfreie Konstruktion. Bei dieser Bauweise wird keine feste Anode eingebaut, sondern die Anode entsteht erst beim Laden durch die Ablagerung von Natrium-Ionen auf einem Kollektor. In bisherigen Versuchen führte dieses Verfahren oft zur Bildung von Dendriten – feinen Metallstrukturen, die Kurzschlüsse verursachen können. Besonders das Schnellladen verstärkte dieses Problem.

Die Wissenschaftler aus Hongkong und Peking fanden eine Lösung, indem sie die Konzentration der Natrium-Salze im Elektrolyten deutlich erhöhten. Auf diese Weise standen beim Laden genügend Ionen in unmittelbarer Nähe des Kollektors bereit, was eine gleichmäßige Ablagerung begünstigte. Dadurch blieb die Batterie auch bei hohen Ladegeschwindigkeiten stabil. In Tests erreichte die Zelle eine Schnellladefähigkeit von 10C und konnte in sechs Minuten vollständig geladen werden. Nach 500 Ladezyklen verfügte sie noch über mehr als 70 Prozent der ursprünglichen Kapazität.

„Natrium kostet weniger als ein Zehntel von Lithium, ist in Meerwasser reichlich vorhanden und kann den Preis von Elektrofahrzeugen und Energiespeichersystemen erheblich senken“, erklärte Projektleiter Prof. Li Liangliang. Die Forschenden sehen ihre Entwicklung als Schritt in Richtung massentauglicher Energiespeicher. Denkbar sei ein Einsatz in Elektrofahrzeugen, stationären Speichersystemen für erneuerbare Energien und sogar in tragbarer Unterhaltungselektronik.

Noch handelt es sich um Ergebnisse aus dem Labor. Der nächste Schritt besteht darin, die anodenfreie Natrium-Batterie über den Prototyp hinaus für die industrielle Fertigung weiterzuentwickeln. Gelingt dies, könnte die Technologie zu einer ernsthaften Konkurrenz für Lithium-Ionen-Systeme werden.