Revolutionäre und umweltfreundliche Schnellladebatterien: die Zukunft der anodenfreien Natrium-Batterien enthüllt

BerlinForscher der UChicago Pritzker School for Molecular Engineering und der UC San Diego haben einen großen Fortschritt in der Batterietechnologie erzielt. Das Team unter der Leitung von Prof. Y. Shirley Meng entwickelte die erste anodenfreie Natrium-Festkörperbatterie. Diese neue Batterie ist umweltfreundlicher und kostengünstiger als Lithium-Ionen-Batterien, da Natrium häufiger vorkommt und billiger ist als Lithium. Sie lädt schnell und könnte die Kosten für Elektrofahrzeuge und Energiespeichersysteme senken.

Traditionelle Lithium-Ionen-Batterien haben diverse Probleme:

Lithium ist kostspielig, da es nicht im Überfluss vorhanden ist. Die Gewinnung von Lithium schadet der Umwelt. Der Großteil des weltweiten Lithiums befindet sich in nur wenigen Gebieten.

Natrium ist häufiger anzutreffen und umweltfreundlicher. Es kann aus Meerwasser und Sodaaschegewinnung gewonnen werden, was es für den breiten Einsatz geeignet macht. Die Innovation des Teams löst zudem Probleme herkömmlicher Batterien.

In einer herkömmlichen Batterie wandern Ionen vom Anodenbereich durch ein Elektrolyt zur Kathode. Anodenfreie Batterien verzichten auf die Anode und speichern die Ionen direkt am Stromkollektor. Dieses Design kann die Energiespeicherung verbessern und die Kosten senken, bringt aber auch Herausforderungen mit sich, wie die Gewährleistung einer guten Verbindung zwischen Elektrolyt und Stromkollektor.

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Flüssige Elektrolyte beheben Kontaktprobleme, können jedoch eine Schicht namens feste Elektrolyt-Interphase aufbauen, die die Effizienz der Batterie im Laufe der Zeit verringert. Feste Elektrolyte verhindern diesen Aufbau, haben jedoch schlechten Kontakt. Forscher haben dieses Problem gelöst, indem sie einen neuen Stromkollektor aus Aluminium-Pulver verwendet haben. Dieses Pulver wird unter hohem Druck fest gepresst und beginnt weicher, wird aber dann fest. Dies gewährleistet einen guten Kontakt mit dem Elektrolyten und eine effiziente Batterienutzung.

Der neue Batterieentwurf des Teams funktionierte bei Hunderten von Anwendungen zuverlässig, was ihn vielversprechend für zukünftige Energiespeicher macht. Grayson Deysher, Doktorand an der UC San Diego und Hauptautor der in Nature Energy veröffentlichten Studie, betonte, dass es das erste Mal sei, dass Natrium, Festkörpertechnik und Anodenfreiheit erfolgreich kombiniert wurden.

Die neue Natrium-Festkörperbatterie spielt eine entscheidende Rolle bei der Herstellung weiterer Batterien. Sie unterstützt den Übergang von fossilen Brennstoffen zu erneuerbaren Energien. Prof. Meng erklärte, dass man für eine Stunde Energieversorgung der USA eine Terawattstunde benötigt. Für eine Zukunft mit nachhaltiger Energie brauchen wir mehrere hundert Terawattstunden an Batterien. Diese neue Batterie ist ein wesentlicher Bestandteil dieses Plans.

Die Forscher Meng und Deysher haben ein Patent für ihre Arbeit angemeldet. Sie streben eine Zukunft mit verschiedenen sauberen und erschwinglichen Batterielösungen an. Ihre Forschung wurde durch den Partnerschafts-Innovationszuschuss der National Science Foundation finanziert. Diese Entwicklung scheint vielversprechend für die Schaffung von nachhaltiger und effizienter Energiespeicherung, was sowohl der Umwelt als auch der Wirtschaft zugutekommt.