Forscher am EMPA und der Universität Genf haben ein festes Elektrolyt gefunden, das in einer Natrium-Feststoff-Batterie funktioniert. Das war bisher noch der fehlende Baustein zur Weiterentwicklung dieser vielversprechenden Technologie.
Schweizer Forscher vom EMPA und der Universität Genf haben den Prototypen einer funktionierenden Natrium-Feststoff-Batterie vorgestellt. Sie haben einen brauchbaren Feststoff gefunden, der sich als Elektrolyt eignet und den Transport der Natrium-Ionen von der Anode zur Kathode ermöglicht.
Seit Jahren suchen die Batterieforscher nach einem brauchbaren Ersatz für die derzeitige Lithium-Ionen-Technologie. Die Schweizer Wissenschaftler setzen dabei gleich an drei Stellen an. Zum einen ersetzen sie das Lithium durch Natrium. Zum anderen verwenden sie nicht mehr Graphit als Anodenmaterial, sondern metallisches Natrium. Das Problem dabei ist aber die Dendritenbildung. Das sind kleine Türmchen aus Metallatomen, die bei der Wanderung der Metallionen durch das Elektrolyt an der Anode entstehen. Sind sie lang genug, durchbrechen sie den Separator in der Batterie und es kommt zum Kurzschluss.
Dendritenwachstum verhindern
Um das Dendritenwachstum zu unterbinden, setzen die Forscher auf ein festes Elektrolyt und nicht mehr auf eine Flüssigkeit. Bisher war die Suche nach einem geeigneten Material aber nicht von Erfolg gekrönt „Wir benötigen einen geeigneten festen Ionenleiter, der chemisch sowie thermisch stabil und nicht toxisch ist“, erklärt Hans Hagemann von der Fakultät für physikalische Chemie an der Uni Genf. Mit closo-Boran haben sie ein anorganisches Elektrolyt gefunden, das die entsprechenden Eigenschaften hat. Sie haben auch eine Möglichkeit gefunden, das feste Elektrlyt mit den ebenfalls festen Elektroden zu verbinden. Die Anode besteht aus metallischem Natrium, die Kathode aus Natriumchromoxid.
Der Test des ersten Prototypen der neuen Feststoffbatterie ist vielversprechend. Immerhin haben sie 250 Lade- und Entladezyklen geschafft. Die Batterie hatte danach immer noch 85 Prozent seiner ursprünglichen Kapazität. Doch für die Markteinführung reicht das nicht. Hier sind mindestens 1.200 Zyklen notwendig. Um das zu erreichen, müssen die Forscher den Prototypen noch einmal wieder mit ins Labor nehmen und verbessern. (su)
