Robert Klatt
Natrium-Ionen-Batterien hatten bisher eine zu geringe Energie- und Leistungsdichte für den Einsatz in Elektroautos. Nun können Natrium-Akkus dank neuer Kathoden Lithium-Ionen-Batterien übertreffen.
Princeton (U.S.A.). In den meisten aktuellen Elektroautos und anderen elektrischen Geräten sind Lithium-Ionen-Batterien verbaut. Die Wissenschaft sucht jedoch seit Langem nach Alternativen, weil Lithium ein kritischer Rohstoff ist. Als besonders erfolgsversprechend gelten Natrium-Ionen-Batterien, deren Rohstoff gut verfügbar, sicher und günstig ist. Bisher konnten Natrium-Ionen-Batterien jedoch Lithium-Ionen-Akkus noch nicht ersetzen, weil ihre Energiedichte und Leistungsdichte zu gering war.
Forscher der Princeton University haben nun mit finanzieller Unterstützung von Lamborghini ein neues Kathodenmaterial entwickelt, das die Chancen auf eine zeitnahe Kommerzialisierung von Natrium-Akkus stark erhöht.
„Jeder versteht die Herausforderungen, die begrenzte Ressourcen für so wichtige Dinge wie Batterien mit sich bringen. Lithium ist in vielerlei Hinsicht begrenzt. Ein diversifiziertes Portfolio bei diesen Materialien ist immer besser. Natrium gibt es buchstäblich überall. Für uns gehört es zu den größten Forschungsträumen, Batterien aus wirklich reichlich vorhandenen Ressourcen wie organischem Material und Meerwasser zu entwickeln.“
Laut der Publikation im Journal of the American Chemical Society handelt es sich bei dem Kathodenmaterial Bis-Tetraaminobenzochinon (TAQ) um einen geschichteten, organischen Feststoff. Die organischen Verbindungen, sogenannte Chinonen, kommen auch in der Natur vor, etwa als Komponenten von Farbstoffen in Blüten und in Pilzen. Das Material übertrifft herkömmliche Lithium-Ionen-Kathoden sowohl bei der Energie- als auch bei der Leistungsdichte stark.
Die Natrium-Akkus mit dem neuen Kathodenmaterial erreichen eine Energiedichte von mehr als 600 Wattstunden je Kilogramm (Wh/kg). Sie übertreffen damit die Energiedichte von herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien aus Elektroautos deutlich. Diese liegt derzeit je nach Modell zwischen 100 und 200 160 Wh/kg.
„Energiedichte ist ein Thema, das viele beschäftigt, weil sie darüber entscheidet, wie viel Energie eine Batterie liefert. Je höher die Energiedichte, desto weiter fährt Ihr Auto, bevor es wieder aufgeladen werden muss. Wir haben sehr deutlich gezeigt, dass unser neues Material die höchste Energiedichte aufweist – zumindest pro Kilogramm – und selbst volumetrisch mit den besten Materialien mithalten kann.“
Neben dem Vorteil der höheren Energiedichte sollte der neue Akku auch durch seine Herstellungskosten überzeugen können. Natrium kommt auf der Erde rund 400-mal häufiger als Lithium und 1.000-mal häufiger als Kobalt vor und ist deshalb deutlich billiger. Informationen zur Lebensdauer der neuen Natrium-Ionen-Batterie liegen jedoch noch nicht vor. Die Wissenschaftler sprechen lediglich von einer exzellenten Stabilität.
Journal of the American Chemical Society, doi: 10.1021/jacs.4c17713
