Natrium-Festkörper-Akkumulator
Leistungsfähige und sichere Batterien
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Nicht brennbarer Akku durch festes Natrium
Auf der Suche nach einem festen Ionenleiter, der chemisch sowie thermisch stabil und nicht toxisch ist, entdeckten die Forscher, dass der borhaltige Stoff »closo-Boran« den Natrium-Ionen eine relativ freie Zirkulation erlaubt. Zudem ist »closo-Boran« ein anorganischer Elektrolyt, der im Vergleich zu den flüssigen Elektrolyten in Lithium-Ionen-Batterien nicht brennbar ist und daher den Sicherheitsanforderungen gerecht wird.
Die Herausforderung bestand darin, einen engen Kontakt zwischen nachfolgenden Batteriebestandteilen herzustellen:
- Anode, aus festem metallischem Natrium
- Kathode, aus Natriumchromoxid
- Elektrolyt, aus »closo-Boran«
Dazu lösten die Forschenden einen Teil des festen Elektrolyten in einem Lösungsmittel und fügten anschließend das Kathodenmaterial hinzu. Sobald das Lösungsmittel verdampft war, schichteten sie das kompakte Pulver mit dem Elektrolyten sowie der Anode auf und pressten die einzelnen Schichten zu einer festen Batterie zusammen.
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Erste Tests zeigen, dass die elektrochemische Stabilität des verwendeten Elektrolyts einer Spannung von 3 V standhält. Eine Spannung, bei der sich zuvor untersuchte, feste Elektrolyte bereits zersetzten. Nach 250 Lade- und Entladezyklen erreicht die Energiekapazität aktuell noch einen Wert von 85 Prozent.
Die Forscher sind sich bewusst, dass der Prototyp noch keine marktfähige Batterie darstellt. Die Anforderungen an die Natrium-Festkörperbatterie lauten:
- Zyklenfestigkeit (bis zu 1200 Lade- und Entladezyklen)
- Tests bei Umgebungstemperatur
- Höherer Spannungsbereich
Das Projekt wird vom Schweizer Nationalfonds (SNF) und vom SCCER Heat & Eletricity Storage (SSCER-HaE) unterstützt.
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