Lithium-Alternativen: BAM forscht zu nachhaltigen Akkus

In Kooperation mit dem Helmholtz-Zentrum Berlin, der TU Berlin und spezialisierten Unternehmen eruiert die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung umweltschonende Optionen.

Der Suche nach geeignetem Anoden-Material hat sich das Kooperationsprojekt unter Federführung der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung verschrieben – mit dem Ziel, die umweltschonende Natrium-Ionen-Technologie voranzubringen. Angesiedelt ist es im neuen Batterietestzentrum, das die BAM kürzlich eröffnet hat. (Foto: BAM)
Der Suche nach geeignetem Anoden-Material hat sich das Kooperationsprojekt unter Federführung der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung verschrieben – mit dem Ziel, die umweltschonende Natrium-Ionen-Technologie voranzubringen. Angesiedelt ist es im neuen Batterietestzentrum, das die BAM kürzlich eröffnet hat. (Foto: BAM)
Johannes Reichel
von Martina Weyh

Gibt es gangbare Alternativen zu Lithium-Ionen-Akkus – dieser Frage stellt sich ein Verbundprojekt der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) gemeinsam mit dem Helmholtz-Zentrum Berlin, der TU Berlin und mehreren auf Kohlenstoffmaterialien für Batterien spezialisierten Unternehmen. und sieht in Natrium-Ionen-Batterien eine umweltfreundliche Option. Unterstützt wird die Forschung durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung im Rahmen der Förderung „Batterie 2020 Transfer“.

Eine umweltfreundliche Alternative zum Batteriematerial Lithium tut bitter not – denn die globalen Reserven des Alkali-Metalls sind begrenzt und der Abbau aus Salzwasser ist kostspielig und wenig umweltschonend. Dazu kommt, dass die Lithium-Batterien für die Elektroden Cobalt und Nickel benötigen – Metalle, die giftig sind bzw. ebenfalls unter problematischen Bedingungen abgebaut werden.

Natrium-Ionen-Batterien – eine umweltschonende Option

Für besonders vielversprechend halten die Forscher Natrium-Ionen-Batterien. Sie sind laut BAM eine „Drop-in-Technologie“, können also auf die gängige Batterieproduktion übertragen werden. Zudem benötigten sie weder Cobalt noch Nickel. Vor allem aber, betonen die Forscher, ist Natrium als natürlicher Bestandteil von Kochsalz leicht verfügbar.

Suche nach geeignetem Anoden-Material

Als Schwachstelle von Natrium-Ionen-Batterien gilt bislang jedoch das Material des „Pluspols“, vereinfachend auch als Anode bezeichnet. Dieses Material ist der „Tank“ einer elektrischen Batterie, es soll im geladenen Zustand möglichst viele positive Natrium-Ionen speichern können und ist entscheidend für die Effizienz des Akkus.

Statt Graphit, wie bei den etwas kleineren Lithium-Ionen, werden dazu bei Natrium-Ionen bisher sogenannte Hard Carbons verwendet. Das Problem – in den Poren und Gängen des ungeordneten Kohlenstoffs können sich jedoch nicht nur Natrium-Ionen einlagern, sondern es gelangt auch Elektrolyt, die Ionen-leitende Flüssigkeit der Batteriezelle, hinein. Das führt zu unerwünschten Verlusten der Speicherkapazität und geht somit auf Kosten der Effizienz.

„Es ist sehr komplex, die ideale Struktur für diese neuartigen Materialien zu finden. Wir wollen dafür maßgeschneiderte Verbundwerkstoffe entwickeln, die möglichst vielen Natrium-Ionen Platz bieten, Elektrolyte aber fernhalten“, erklärt Tim-Patrick Fellinger, der das Verbundprojekt leitet und an der BAM Experte für Energiematerialien ist.  „Die Herausforderung ist es, ein Material zu finden, das zugleich sicher und effizient ist.“

Fellinger ist überzeugt, dass der Erfolg des Projekts einen großen Innovationsschub für die Natrium-Ionen-Technologie insgesamt bedeuten würde.
 

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