Ingenieure bannen Feuergefahr bei Batterien

Ähnlich wie in Lithium-Ionen-Batterien können sich auch in Natrium-Ionen-Akkus Dendriten entwickeln, nadelspitze Ablagerungen, die Kurzschlüsse mit Bränden und Explosionen hervorrufen. Bei Natrium-Ionen-Batterien haben Forscher an der University of Texas in Austin jetzt aber ein Mittel gefunden, um dieses Wachstum zu verhindern. Sie fügen dem flüssigen Elektrolyten Natriumnitrat zu, besser bekannt als Salpeter, dem Grundbaustein für Düngemittel. Der Elektrolyt trennt die beiden Elektroden – Anode und Kathode – voneinander. Er verhindert einen elektrischen Kontakt, also einen Kurzschluss, lässt aber Ionen – elektrisch geladene Teilchen – passieren, sodass ein Strom fliesst.

Problematisches überflüssig

Natrium-Ionen-Batterien gelten als attraktive Alternative für die heute gebräuchlichen Stromspeicher auf Lithium-Basis. Während diese ausser Lithium auch Kobalt benötigen, beides Elemente, die selten sind und deren Abbau schwerwiegende soziale Folgen hat und massive Umweltschäden verursacht, kommt der Konkurrenzspeicher mit alltäglichen Rohstoffen aus, die kostengünstig sind, weil sie auf der Erde in grossen Mengen vorkommen.

Doch während die Industrie die Probleme bei Lithium-Ionen-Batterien weitgehend in den Griff bekommen hat, sah es bei Natrium-Ionen-Batterien bisher düster aus – abgesehen davon, dass sie noch weit hinter der Serienreife hinterherhinken. «Batterien fangen Feuer, weil sich Inhaltsstoffe des Elektrolyten nicht mit anderen Teilen der Batterie vertragen. Durch den Einsatz mit Salpeter haben wir das Risiko ausgeschlossen und eine sichere und stabile Batterie geschaffen», so Forscher Arumugam Manthiram.

Kapazität auf hohem Niveau

Ob die neue Batterie an die Leistungsdichte des Lithium-Ionen-Akkus herankommt, ist bisher nicht bekannt. Eins aber haben die Forscher in Texas geschafft: Ihre Batterie hat nach 500 Lade- und Entladezyklen noch 80 Prozent der Ausgangskapazität. Das entspricht dem, was Lithium-Ionen-Batterien schaffen. Ausser Natrium, das als Bestandteil von Meersalz in nahezu unbeschränkten Mengen vorhanden ist, stecken in der neuen Batterie Eisen mit einem Anteil von 40 sowie Mangan und Nickel mit jeweils 30 Prozent.

Quelle: utexas.edu