Feststoffbatterie mit Natrium: winterfest dank Forschung der University of Chicago

Die University of Chicago hat laut einer aktuellen Studie, veröffentlicht in Joule vis Science Direct am 16. September 2025, einen entscheidenden Fortschritt bei der Entwicklung von Natrium-Feststoffbatterien erzielt. Diese Batterietechnologie könnte eine kostengünstige Ergänzung zu Lithium-Systemen darstellen, da Natrium deutlich häufiger vorkommt. Bisher scheiterte der praktische Einsatz jedoch an der geringen Leistungsfähigkeit bei Temperaturen unterhalb des Gefrierpunkts.

Neues Batteriedesign

Das Team um Jin An Sam Oh dieses Problem durch ein neues Batteriedesign überwinden. Der Schlüssel liegt in der Stabilisierung einer metastabilen Form von Natrium-Hydridoborat.

Oh bezeichnete die Methode als

„a breakthrough, since this type of stabilization has never been used for a solid electrolyte“ („ein Durchbruch, da diese Art der Stabilisierung bislang noch nie für einen Festelektrolyten genutzt wurde“).

Hohe ionische Leitfähigkeit

Das Material zeichnet sich durch eine hohe ionische Leitfähigkeit aus, die entscheidend für die Beweglichkeit elektrisch geladener Teilchen im Feststoff ist. Um diese Struktur zu erzeugen, erhitzte das Forschungsteam das Natrium-Hydridoborat, ließ es kristallisieren und kühlte es dann schnell ab. Dadurch wurde die Kristallstruktur kinetisch stabilisiert.

Oh erklärte:

„Since this technique is already established, we can better scale it in the future“ („Da diese Technik bereits etabliert ist, können wir sie in Zukunft besser skalieren“).

Verbesserte Energiedichte

Die Forschenden kombinierten den neuen Festelektrolyten mit einer Kathode, die zusätzlich mit einem Chlor-basierten Material beschichtet wurde. Auf diese Weise ließen sich dickere Kathoden herstellen, was die Energiedichte deutlich erhöht.

„The thicker the cathode, the better the theoretical energy density“ („Je dicker die Kathode, desto höher die theoretische Energiedichte“),

erläuterte Oh. Ein weiterer Vorteil ist der reduzierte Anteil inaktiver Materialien. Dadurch wird ein größerer Anteil des Batterieraums für aktive Komponenten genutzt, was die Speicherkapazität erhöht.

Natrium und Lithium im Vergleich

Ying Shirley Meng, die ebenfalls an der Studie beteiligt war, betonte die Bedeutung von Natrium als Ergänzung zu Lithium:

„It is not about sodium versus lithium. We need both“ („Es geht nicht um Natrium gegen Lithium. Wir brauchen beides“).

Damit eröffnet sich die Perspektive, dass künftige Produktionsstätten parallel Batterien auf Basis beider Chemien herstellen könnten.

Perspektive für die Industrie

Feststoffbatterien gelten als zentraler Baustein für die nächste Generation von Energiespeichern. Durch den erzielten Durchbruch könnte die Natrium-Feststoffbatterie nun auch für Märkte interessant werden, in denen tiefe Temperaturen bislang ein Hindernis waren. Gerade Automobilhersteller, die für Elektrofahrzeuge auf eine zuverlässige Batterietechnologie angewiesen sind, dürften diese Entwicklung aufmerksam verfolgen. Ob und wann die Technologie den Sprung in die industrielle Serienfertigung schafft, bleibt jedoch eine offene Frage.