Festkörperakkus mit Natrium würden viele Probleme lösen

In Lithium-Ionen-Akkus werden Graphit-Anoden mit zwei bis drei Prozent Silizium benutzt. Sie erreichen eine Ladungskapazität von etwa 430 mAh/g (Milliamperestunden pro Gramm). Aber diese Zahl kann mit steigendem Siliziumanteil noch deutlich höher werden.

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Kommerziell verfügbarer harter Kohlenstoff liefert nur etwa 280 mAh/g, weshalb kaum ein Hersteller auf Graphit verzichten will, obwohl damit nicht das kälteunempfindliche und weniger feuergefährliche Propylencarbonat als Elektrolyt benutzt werden kann.

Faradion hat einen speziell für Natrium angepassten Kohlenstoff entwickelt, der in relativ dünnen Schichten eine Energiedichte von rund 330 mAh/g erreicht und kurze Ladezeiten ermöglicht. Das Material ist aber nicht im Maßstab von rund 50 Tonnen pro Jahr verfügbar, wie er für die Herstellung in der Fabrik von AMTE benötigt wird, und erst recht nicht für den von 1.000 Tonnen pro Gigawattstunde in der Massenfertigung. Faradion will das durch eine Kooperation mit dem Ölkonzern Phillips 66 ändern, der Erfahrung mit der Erzeugung von synthetischem Kohlenstoff im industriellen Maßstab hat.

Durch Metallzusätze im Kohlenstoff und weitere Optimierung will Faradion die Kapazität der Anode noch auf 390 mAh/g steigern. Aber dieses Material hat die Entwicklung im Labor noch nicht verlassen.

Festkörperakkus böten große Vorteile für Natrium

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Die eleganteste Lösung der Probleme in der Anode und der Kathode wäre eine Anode aus einfachem Natriummetall, wie in Festkörperakkus. Dann würde die Anode mehr Natrium für den Akku liefern, statt Natrium zu verbrauchen. Statt einer dünnen, schwammartigen Plastikfolie müsste dafür ein Separator aus Keramik oder einem gehärtetem Polymer zum Einsatz kommen.

Beides wurde in der Forschung schon demonstriert, aber noch nicht in kommerziell nutzbarer Form. Dabei ist die Technologie mit Natrium sehr ähnlich der Technologie mit Lithium: Forscher und Ingenieure können auch hier sehr viel vom Umgang mit Lithium für Natrium-Ionen-Akkus lernen. Dennoch bedarf es eigener Entwicklungen im Detail und ausreichende Investitionen zur Lösung der damit verbundenen Probleme.

Elektromobilität: Theorie und Praxis zur Ladeinfrastruktur (de-Fachwissen)

Festkörperakkus würden für Natrium-Ionen-Akkus einen viel größeren Entwicklungssprung darstellen als bei Lithium-Ionen-Akkus. Wegen der niedrigen Speicherdichte der Kohlenstoffanoden wäre die Gewichtseinsparung durch Verzicht auf Kohlenstoff und Elektrolyt deutlich größer. Aber allein der Ausgleich des Natriumverlusts in der Anode und des Natriummangels in der Kathode würde die Energiedichte um 20 bis 30 Prozent steigen lassen, selbst wenn der Separator genauso schwer wie die Kohlenstoffanode sein sollte, die er ersetzen soll.

Mit Natrium wird auch der größte Nachteil von Lithium-Ionen-Feststoffakkus beseitigt. Die Keramikseparatoren und Anoden benötigen zusätzliches Lithium, je nach Bauweise 30 bis 50 Prozent mehr als herkömmliche Akkus mit der gleichen Kapazität. Mit dem billigen und leicht verfügbaren Natrium wäre höherer Natriumverbrauch dagegen aus Sicht der Kosten oder des Ressourcenverbrauchs überhaupt kein Problem. Außerdem ist Natrium weicher als Lithium, was die Konstruktion von Feststoffakkus vereinfacht.

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 Man kann jedes Material schlecht aussehen lassenNatrium-Ionen-Akkus sind eine praxistaugliche Problemlösung 
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desaboya 26. Jun 2021

Manchen Leuten ist die eigene Zeit nichts wert und realisieren nicht, wieviel sie davon...

derdiedas 25. Jun 2021

Leseskill=Null Ein Defender = 4 Autos, da ist der Akku nur eine Teilmenge der CO2 Bilanz.

Bibi Blockwart 22. Jun 2021

Da spielen mutmasslich auch Pfadabhängigkeiten eine Rolle, wobei sich dann nicht...

Copper 22. Jun 2021

Sind sie heute im Prinzip schon. Denn Bleiakkus sind letztlich nur eins: vergleichsweise...



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