Stromspeicher: Algen machen Natrium-Metall-Batterien fit
Als die Technik der Lithium-Ionen-Batterien noch neu war, explodierten diese zuweilen, wenn sie aufgeladen wurden. In Flugzeugen bildete sich Rauch und Elektroautos oder Smartphones gingen in Flammen auf.
Mit einer Fülle von Maßnahmen bekam die Industrie das Problem der Dendritenbildung in den Griff, das sind nadelspitze Ablagerungen auf der Anode, die zuweilen Elektrolyt und Separator durchbohrten und Kurzschlüsse verursachten. Trotzdem ist die Sehnsucht nach Feststoffbatterien mit keramischem Elektrolyt groß, der Dendriten widersteht. Doch diese Akkus haben noch eine zu geringe Energiedichte und die Schnellladefähigkeit ist nicht sonderlich ausgeprägt.
Natrium-Metall-Batterien mit ihrer im Vergleich zur Lithium-Ionen-Batterie weitaus größeren Energiedichte haben ebenfalls mit Dendriten zu kämpfen, die sich in diesem Fall aus Natrium aufbauen. Deshalb haben sie sich noch nicht durchgesetzt, obwohl Smartphones und Elektroautos weiter kämen als bisher, ohne dass das Volumen der Speicher größer sein müsste.
Zellstoff widersteht den Dendriten
Materialforscher an der University of Bristol(öffnet im neuen Fenster) in Großbritannien fanden die Lösung für das Problem. Sie entwickelten auf der Basis von Makroalgen, wie sie an vielen Stränden zu finden sind, einen Separator, der im Grunde aus Zellstoff besteht, dennoch jedoch von Dendriten nicht durchbohrt werden kann. Er wird aus Nanofasern mit einem Verfahren namens Elektrospinnen hergestellt. Dabei werden die Fasern streng parallel ausgerichtet. Das bringt Widerstandsfähigkeit.
"Aufgabe des Separators ist es, Anode und Kathode einer Batterie voneinander zu trennen und einen freien Transport der Ladung zu ermöglichen" , sagte Jing Wang, Doktorand am Bristol Composites Institute (BCI). Das klappt mit dem verwendeten Material.
Die algenbasierte Folie hat noch eine zweite positive Wirkung. "Unser Separator erhöht auch Speicherkapazität und -effizienz, wodurch die Lebensdauer der Batterien erhöht wird, so dass Geräte wie Mobiltelefone länger betriebsbereit sind und Elektroautos eine größere Reichweite haben" , sagte Wang.
Prototypen überstanden 1.000 Lade- und Entladezyklen, ohne dass Dendriten beobachtet wurden. Die Kapazität verringerte sich in dieser Zeit nicht sonderlich, ein wichtiges Kriterium für die Nutzbarkeit dieser Stromspeicher.