Zucker erhöht Kapazität von Natrium-Ionen-Akkus
Umweltfreundlichere Alternative zur Lithium-Ionen-Technologie: Zucker.
Tokio – Wissenschaftler der Tokyo University arbeiten bereits seit sieben Jahren an der Erforschung von Natrium-Ionen-Akkus als kostengünstigere und umweltfreundlichere Alternative zu den gängigen Lithium-Ionen-Batterien. Jetzt konnten die Forscher die Kapazität eines Natrium-Ionen-Akkus bei Raumtemperatur um 20 Prozent auf 300 Milliamperestunden steigern, indem sie unter Sauerstoffausschluss erhitzten Zucker als Material für die Anode verwendet haben, wie theregister.co.uk berichtet. Die Wissenschaftler hoffen, die Technologie noch weiter zu verbessern.
Die japanischen Forscher haben für ihre neuartige Anode einfach Saccharose, den Hauptbestandteil von handelsüblichem Speisezucker, in einer Atmosphäre ohne Sauerstoff auf 1.000 bis 1.500 Grad Celsius erhitzt. Dabei entsteht eine Form von hartem Kohlenstoff, die eine höhere Kapazität ermöglicht, als der bislang verwendete Typus. Für einen produktiven Einsatz reicht die Kapazität allerdings noch nicht aus.
Umweltschonende Speicher
«Da Natrium ähnliche chemische Eigenschaften wie Lithium aufweist, sind neben den bekannten Lithium-Ionen-Batterien auch Natrium-Ionen-Batterien denkbar. Im Hochtemperaturbereich sind Natrium-Schwefel-Zellen schon länger im Einsatz.Diese Akkus werden aber bei Temperaturen über 300 Grad betrieben und sind insbesondere für den stationären Einsatz wie zum Beispiel die Zwischenspeicherung von Strom aus regenerativen Energien geeignet», erklärt Philipp Adelhelm von der Justus-Liebig-Universität Giessen gegenüber pressetext. Für einen Einsatz in mobilen Geräten sind die existierenden Batterien auf Natrium-Basis allerdings nicht geeignet.
«An Natrium-Ionen-Akkus, die bei Zimmertemperatur funktionieren, wurde bereits in den 1980er-Jahren gearbeitet, parallel zur Forschung auf Lithium-Ionen-Batterien. Nachdem bei Lithium-Ionen-Batterien der kommerzielle Durchbruch erzielt wurde, wurde die Forschung auf Natrium-Ionen-Batterien jedoch weitgehend eingestellt. Derzeit gibt es durch die Nachhaltigkeitsdebatte wieder vermehrtes Interesse an Natrium-Ionen-Akkus, die Forschung steht allerdings erst am Anfang», so Adelhelm. Der Bedarf an Akkus wird in Zukunft weiter ansteigen. Bestehende Technologien sind allerdings eine starke Belastung für die Umwelt.
Billiges Natrium
«Ressourcenschonendere Akkus können theoretisch mit Natrium realisiert werden, da das Material weitaus häufiger verfügbar ist als Lithium. Hier ist aber Vorsicht geboten. Bloßes Ersetzen von Lithium durch Natrium reicht nicht aus, da andere Komponenten der Akkus, etwa Kobalt, hier weitaus kritischer zu sehen sind als Lithium. Nur wenn die gesamte Zellchemie eines Akkus auf nachhaltigen Materialien basiert, ist der Umwelt gedient», fasst Adelhelm zusammen.
Neben der potenziell besseren Umwelt-Bilanz haben Natrium-Ionen-Akkus einen weiteren grossen Vorteil: Sie sind billiger zu produzieren. «Natrium ist im Gegensatz zu Lithium überall zuhauf verfügbar. Sollten Natrium-Ionen-Batterien bis zum kommerziellen Einsatz entwickelt werden können, wird die erreichbare Energiedichte zwar geringer als bei Lithium-basierten Produkten sein. Durch das ubiquitäre Vorkommen könnten entsprechende Batterien aber möglicherweise günstiger gefertigt werden. Dies wird insbesondere auch bei stationären Anwendungen ein wichtiges Argument sein», sagt Adelhelm. (pte/mc/ps)
