Man kann jedes Material schlecht aussehen lassen

Die Entwicklung des Kathodenmaterials war von Anfang an ein Kompromiss aus hoher Lebensdauer, niedrigen Kosten, den Verzicht auf Kobalt und einer dennoch möglichst hohen Energiedichte. Deshalb konnte auf Nickel nicht verzichtet werden, auch wenn in den letzten zehn Jahren eine Reihe von Alternativen mit kleinerem Nickelanteil oder ganz ohne Nickel für Natrium-Ionen-Akkus erforscht wurden. Sie wurden aber noch nicht für den kommerziellen Einsatz weiterentwickelt.

Bei Faradion liefert eine Kombination aus zwei Materialien die nötige Leistung. Das erste Material ist ein Schichtoxid aus jeweils zwei Schichten, mit einem größeren Anteil von Magnesium und Titan, das eine hohe theoretische Energiedichte und hohe Zyklenfestigkeit liefert. Es ist aber ein natriumarmes Material, das nach der Synthese noch mehr Natrium aufnehmen müsste, als es selbst hat. Dieser Natriummangel wird zum Teil von einem dreischichtigen Material ausgeglichen, das durch einen größeren Mangan-Anteil schwerer und weniger stabil ist, dafür aber mehr Natrium hat.

Aber wie Ruth Sayers sagte: "Man kann jedes Material schlecht aussehen lassen." Damit eine Kathode die hohe mögliche Energiedichte, Leistung und Stabilität auch erreicht, müssen durch die verschiedenen Parameter in der Synthese viele Details wie die Partikelform und -größe des Kathodenmaterials optimiert werden. Es besteht in der aktuellen Form aus kleinen Partikeln mit einer Größe von einem Mikrometer, die in der Synthese zu 20 Mikrometer großen Sekundärpartikeln zusammenwachsen. Dazu kommt, dass sowohl Kathoden- als auch Anodenmaterial gut mit dem Elektrolyt zusammen funktionieren müssen.

Ausgerechnet Natriummangel ist ein Problem

Wenn die Partikel keinen sicheren elektrischen Kontakt zur Metallfolie haben, schlecht mit dem Elektrolyt vermischt sind, andere Details nicht stimmen oder ein Prozess nicht im Industriemaßstab funktioniert, sieht auch das beste Material schlecht aus. In diesen Details besteht die eigentliche Entwicklungsarbeit.

Der Natriummangel im Kathodenmaterial ist eines von zwei großen Hindernissen bei der Steigerung der Energiedichte. Allein in der Kathode gehen dadurch etwa 20 Prozent der möglichen Energiedichte verloren, weil sie selbst nicht genug Natrium mitbringt. Hinzu kommen Natrium-Verluste in der Anode von rund 10 Prozent, die ebenfalls ausgeglichen werden müssen.

Das könnte durch Zuschlagstoffe geschehen, die teilweise schon in Lithium-Ionen-Akkus benutzt werden. Aber einige der Stoffe setzen etwa beim ersten Ladevorgang Gase frei, mit denen im Akku umgegangen werden muss. Ihre Herstellung und der Umgang damit muss für Natrium-Ionen-Akkus erst noch entwickelt werden, genauso wie beim eigentlichen Kathodenmaterial.

Das zweite große Hindernis ist die Anode, die nicht nur für einen Teil des Natriummangels verantwortlich ist, sondern im Vergleich zu den Anoden der Lithium-Ionen-Akkus überhaupt noch einiges an Nachholbedarf hat.