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Natrium-Ionen-Batterie

Deutlich günstiger und besser als Lithium-Ionen-Batterien

ACS Nano, KIST, Sodium-Ion Battery Anode
© ACS Nano

Ein südkoreanisches Forscherteam hat ein Anodenmaterial entwickelt, mit dem sich Natrium-Ionen-Batterien fertigen lassen, die deutlich kostengünstiger sind und eine 50 Prozent höhere spezifische Speicherkapazität haben als Lithium-Ionen-Batterien.

Anoden sind neben Kathoden, Separatoren und Elektrolyten eine der vier Schlüsselkomponenten von wiederaufladbaren Batterien. Für deren Stabilität und Lebensdauer sind vor allem die Anoden verantwortlich. Da Lithium, das heutzutage in den meisten dieser Batterien eingesetzt wird, nicht so reichlich vorhanden ist, suchen Forscher nach anderen Ionen für die Speicherung von elektrischer Energie – beispielsweise Natrium.

Da Natrium viel häufiger vorkommt als Lithium – es ist in normalem Meer- und Speisesalz enthalten – könne dies den Preis erheblich senken. Allerdings sind Natriumionen größer und schwerer als Lithiumionen. Daher können bestehende Anodenmaterialien, die aus Graphit und einer kleinen Menge Silizium bestehen, diese nicht richtig einlagern.

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ACS Nano, KIST, Sodium-Ion Battery Anode
Beschichtungsverfahren für Molybdändisulfid-Anoden mit Silikonöl
© ACS Nano

Ein Forscherteam am Korea Institute of Science and Technology (KIST) unter der Leitung von Kim Sang-ok hat neue Anodenmaterialien entwickelt, die speziell für Natriumionen geeignet sind. Dafür verwendete das Team eine metallische Verbindung namens Molybdändisulfid. Diese Substanz kann sehr viel Strom speichern, hat aber einen hohen elektrischen Widerstand und ist strukturell instabil. Kims Team löste diese Herausforderungen, indem es Molybdändisulfid-Partikel mit Silikonöl beschichtete und diese Partikel in einer Nanokeramik einkapselte.

»Die neuen Anoden aus mit Silikonöl beschichtetem Molybdändisulfid haben eine Kapazität von 600 mAh pro Gramm und behalten die Leistungsfähigkeit bei, nachdem sie 200 Mal in fünf Minuten schnell geladen und entladen wurden«, sagte ein KIST-Mitarbeiter. Die maximale theoretische Kapazität der Graphitanoden von Lithium-Ionen-Batterien beträgt 372 mAh pro Gramm.

Originalpublikation

Hyojun Lim, et al., Hierarchically Designed Nitrogen-Doped MoS2/Silicon Oxycarbide Nanoscale Heterostructure as High-Performance Sodium-Ion Battery Anode, doi: 10.1021/acsnano.1c00797


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