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Nachhaltiger unter Strom Natrium-Ionen-Batterie könnte Lithium-Ionen-Technik ablösen

Aktualisiert am 17.01.2024 Von Peter Königsreuther 2 min Lesedauer

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Dr. Qingsong Wang treibt die Forschung an Natrium-Ionen-Batterien als günstige Alternative zu Lithium-Ionen-Systemen voran.

Das sind miteinander verbundene Elemente einer Lithium-Ionen-Batterie, wie man sie heute üblicherweise findet. Doch an der Universität Bayreuth verfolgt man die Idee, Natrium-Ionen-Batterien zu entwickeln, die viele Vorteile mit sich bringen sollen ...(Bild: F. Schuricke)
Das sind miteinander verbundene Elemente einer Lithium-Ionen-Batterie, wie man sie heute üblicherweise findet. Doch an der Universität Bayreuth verfolgt man die Idee, Natrium-Ionen-Batterien zu entwickeln, die viele Vorteile mit sich bringen sollen ...
(Bild: F. Schuricke)

Wang entwickelte an der Universität Bayreuth im Rahmen eines internationalen Forscherteams eine Batterie mit langer Lebensdauer und hoher Energiedichte. Die Ergebnisse wurden nun in Nature Energy veröffentlicht und werden hier kurz dargestellt.

Der ständig wachsende Bedarf an Energiespeichern treibt die Forschung und Entwicklung in der Batterietechnologie voran, heißt es dazu. Die Natrium-Ionen-Batterie gilt dabei als ein zuverlässiger und erschwinglicher Ersatz für Lithium-Ionen-Batterien. Die leichte Zugänglichkeit und Verfügbarkeit von Natrium mache Natrium-Ionen-Batterien deshalb attraktiver und außerdem wettbewerbsfähiger. Denn durch den Griff zu chemischen Elementen, die in der Erde reichlich vorhanden sind und durch die Anpassung des Phasenwachstums der geschichteten Oxidkathode, wurde nun unter Mitwirkung von Wang eine Natrium-Ionen-Batterie mit langen Zyklen und hoher Energie entwickelt. Die Batterie leistet 165 Wattstunden pro Kilogramm. Sie mache deutlich, dass Natrium-Ionen-Batterien auf industrieller Ebene sogar billiger und nachhaltiger seien als Lithium-Ionen-Batterien.

Weniger Stapelfehler im Kristallgitter der Batterie

In der Studie, die nun in Nature Energy von einem Team aus Wissenschaftlern der Universitäten Bayreuth, Xiamen (China), Shenzhen (China), dem Argon National Laboratory (USA) sowie dem Physik-Institut der Chinesischen Akademie der Wissenschaften in Peking veröffentlicht wurde, wird auch gezeigt, dass durch die Kontrolle der Ladungstiefe die Zwischenwachstumsstruktur der Batterie angepasst werden kann. So könne ein sogenannter „Prismatic Type“-Stapelzustand gleichmäßig zwischen den „Octahedral Type“-Stapelzuständen eingefügt werden, was dabei helfe, benachbarte „Octahedral Type“-Stapelfehler zu vermeiden. (Octahedral Type und Prismatic Type beziehen sich auf die geometrische Anordnung von Atomen oder Ionen in einem Kristallgitter. Erstere bedeutet, dass die Atome oder Ionen in einem Kristall in einer Anordnung angeordnet sind, die einem Oktaeder ähnelt. Letzteres bezieht sich auf eine Anordnung, die einem Prisma ähnelt).

Mittelklasse-Elektrofahrzeuge könnten günstiger werden

Die Forschung dient dazu, die anionische Sauerstoff-Redoxreaktion als Energieverstärker des Schichtoxids für die Natrium-Ionen-Kathode zu analysieren, erklärt Wang. Es sei wichtig, eine Strategie zu entwickeln, die diese Reaktion reversibel und stabil mache. Auf lange Sicht könnten die Ergebnisse dieser Batterieforschung die Mittelklasse-Elektrofahrzeuge erschwinglicher machen, weil dann die Batterien für diese günstiger und langlebiger sind.

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