Die Suche nach Alternativen zu Lithium-Ionen-Batterien läuft weltweit auf Hochtouren. Kein Wunder, haben sie doch einige Nachteile. So sind die globalen Lithium-Reserven begrenzt. Der Abbau des Alkali-Metalls ist kostspielig und wenig umweltschonend. Zudem sind die meisten Zellhersteller bei den Elektroden auf Kobalt angewiesen – ein Metall, das unter problematischen Bedingungen abgebaut wird.
Als eine vielversprechende Alternative gelten Natrium-Ionen-Batterien. Sie sind eine „Drop-in-Technologie“, können also auf die gängige Batterieproduktion übertragen werden. Zudem benötigen sie kein Kobalt und ebensowenig Nickel. Natrium ist natürlicher Bestandteil von Kochsalz und damit leicht verfügbar.
Natrium-Ionen-Batterien haben allerdings eine große Schwachstelle: das Material der Anode. Sie soll im geladenen Zustand möglichst viele positive Natrium-Ionen speichern. Damit ist sie entscheidend für die Effizienz des Akkus. Bislang werden hier so genannte Hard Carbons verwendet. In den Poren und Gängen des ungeordneten Kohlenstoffs können sich jedoch nicht nur Natrium-Ionen einlagern – es gelangt auch Elektrolyt-Flüssigkeit aus der Batteriezelle hinein. Das führt zu Verlusten der Speicherkapazität.
An der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) startet jetzt ein Kooperationsprojekt, das sich der Suche nach einem geeigneten Anoden-Material widmet. „Es ist sehr komplex, die ideale Struktur für diese neuartigen Materialien zu finden. Wir wollen dafür maßgeschneiderte Verbundwerkstoffe entwickeln, die möglichst vielen Natrium-Ionen Platz bieten, Elektrolyte aber fernhalten“, erklärt Tim-Patrick Fellinger, der das Verbundprojekt leitet und an der BAM Experte für Energiematerialien ist. „Die Herausforderung ist es, ein Material zu finden, das zugleich sicher und effizient ist.“
Beteiligt an dem Verbundprojekt sind das Helmholtz-Zentrum Berlin und die TU Berlin sowie mehrere Unternehmen, die sich auf Kohlenstoffmaterialien für Batterien spezialisiert haben. „Der schnelle Wissensaustausch mit der Industrie ist uns wichtig, daher freue ich mich über die Beteiligungen“, so Fellinger. „Wenn wir mit unserem Konzept erfolgreich sind, würde dies einen großen Innovations-Schub für die Natrium-Ionen-Technologie insgesamt bedeuten.“
Gefördert wird das Verbundprojekt durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung im Rahmen der Förderung „Batterie 2020 Transfer“. Angesiedelt ist es im neuen Batterietestzentrum, das die BAM kürzlich eröffnet hat.
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