Batterie der Zukunft – Natrium & Magnesium statt Lithium

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Die Revolution der wieder aufladbaren Batterien steht vor der Tür. (Bild: Empa)
Die Revolution der wieder aufladbaren Batterien steht vor der Tür. (Bild: Empa)

Natrium- und Magnesiumbatterien könnten die Lithiumionenbatterie eines Tages ablösen. Wissenschaftler haben erstmals neue Materialien für wieder aufladbare Batterien entwickelt. Arndt Remhof und sein Forscherteam von der eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt Empa haben nachgewiesen, dass sich Natrium und Magnesium für die Entwicklung neuer, reiner Feststofftechnologien eignen.

Das Team hat Testzellen basierend auf den beiden Metallen entworfen. Für die Speicherzellen werden Festelektrolyte eingesetzt. Dies ist äußerst anspruchsvoll, denn die Ionen – ob Lithium, Natrium oder Magnesium – müssen sich in diesem festen Umfeld bewegen können.

Wärme
Indem die (positiv geladenen) Ionen im Akku von einem Pol zum anderen wandern, ermöglichen sie die Bewegung der (negativ geladenen) Elektronen und erzeugen somit Strom. Um die Mobilität der Ionen zu gewährleisten, entwickelten die Forschenden feste Elektrolyten, die eine kristalline chemische Struktur aufweisen. Der neu entwickelte Festelektrolyt gewährleistet die Mobilität der Natriumionen ab 20 °Celsius.

Dieser Aspekt ist von zentraler Bedeutung: Ionen brauchen Wärme, um wandern zu können. Diese Reaktion bereits bei Raumtemperatur auszulösen, ist eine enorme technische Herausforderung. Der Elektrolyt ist zudem nicht brennbar und bleibt bis 300 Grad chemisch stabil, was ihn besonders sicher macht. An der Universität Genf wurde parallel dazu bereits eine preiswertere Technik für die Herstellung des neuen Festelektrolyten entwickelt.

Prototyp
Als eine der beiden Komponenten von Kochsalz ist Natrium – im Gegensatz zu Lithium – nahezu unbegrenzt verfügbar. „Die Verfügbarkeit ist unser stichhaltigstes Argument“, sagt der Erstautor der Forschungsarbeit, Léo Duchêne von der Empa. Allerdings speichert Natrium bei gleichem Gewicht weniger Energie als Lithium. Es dient daher als ideale Alternative, wenn die Größe des Speichermediums für die Anwendung unerheblich ist.

Auch ein Festelektrolyt für Magnesium ist umgesetzt worden: Magnesium in Bewegung zu versetzen, ist schwierig, aber umso interessanter: Es ist leicht, in großen Mengen verfügbar und kann nicht explodieren. Was noch wichtiger ist: Magnesiumionen sind zweifach positiv geladen, Lithiumionen dagegen nur einfach. In der Praxis bedeutet dies, dass Magnesium bei gleichem Volumen fast die doppelte Energiemenge speichern kann.

Einige der getesteten Elektrolyte haben Magnesiumionen bereits in Bewegung versetzt, allerdings erst bei Temperaturen über 400 °C. Der Elektrolyt der Schweizer Forscher erreicht eine vergleichbare Leitfähigkeit bereits bei 70 °C.

„Von einem kompletten, funktionstüchtigen Prototyp sind wir noch weit entfernt, aber wir haben einen ersten, wichtigen Schritt in die richtige Richtung gemacht“, schränken die Wissenschaftler ihre Entwicklung ein. Derzeit stehe vor allem erst einmal Machbarkeitsstudie für die neue Technologie im Vordergrund.

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Thorsten Claus ist Gründer und Chefredakteur von “moobilux | Connected Mobile” mit mehr als 16 Jahren Berufserfahrung. Der langjährige Journalist beschäftigt sich vor allem mit Themen rund um die mobile Telekommunikation. Als Experte veröffentlichte er in den vergangenen Jahren u. a. Fachbeiträge in “VoIP Compendium”, “Voice Compass” und “t3n”. Als Experte berichtete er in “Deutschland-Radio Wissen”, “Finacial Times Deutschland” und bei “n-tv” über die neuen Trends und Entwicklungen in der Technologie-Branche. Thorsten Claus ist Mitgründer der Pitch-TV-Eventserie „pitchfreunde // Show Your Mobile“ welches sich speziell an Startups mit Fokus Mobile & e-Mobility richtet.

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