Brennende E-Autos sind eine der größten Sorgen potenzieller Käufer. Forscher aus China haben jetzt eine Natrium-Ionen-Batterie vorgestellt, die sich bei Überhitzung selbst abschaltet, indem ihr Elektrolyt bei Gefahr fest wird und eine physische Brandschutzmauer bildet.
Forscher der Chinese Academy of Sciences (CAS) in Peking haben eine neue Natrium-Ionen-Batterietechnik entwickelt, die Brände durch den sogenannten Thermal Runaway verhindern soll. Dieser Effekt beschreibt eine unkontrollierte Kettenreaktion, bei der sich eine Batterie selbst immer weiter aufheizt, bis es zu einem Brand oder einer Art „Explosion“ kommt.
Laut einer Studie basiert der Schutz auf einer integrierten Sicherheitsmaßnahme direkt innerhalb der Batteriezelle. Bisher steckt die Technik vor allem in günstigen chinesischen E-Autos, da ihre Energiedichte aufgrund des frühen Entwicklungsstadiums noch gering ist.
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Natrium-Ionen-Akkus funktionieren ähnlich wie Lithium-Ionen-Akkus, verwenden aber Natrium statt Lithium als Ladungsträger. Der neue Schutzmechanismus nutzt einen nicht brennbaren Elektrolyten aus einem Kunststoff auf Basis von Triethylphosphat (TEP), der in der Industrie oft als Flammschutzmittel zum Einsatz kommt. Während des Ladevorgangs bildet die Batterie auf der Anode eine Art chemische Schutzschicht. Dank eines Doppelsalzsystems bleibt diese SEI-Schicht laut den Forschenden so stark, dass das TEP sie nicht angreifen kann.
Wie ein flüssiger Elektrolyt zur festen Brandmauer wird
Wird es im Akku durch einen entstehenden Thermal Runaway über 150 Grad Celsius heiß, wird der flüssige Elektrolyt laut der Studie hart. Diese Masse bildet dann eine physische „Feuerschutzwand“ zwischen der Anode und der Kathode. Diese Trennung unterbindet die Kettenreaktion sofort und soll verhindern, dass die gesamte Batterie in Brand gerät.
In einem Experiment mit einer Batterie mit 3,5 Amperestunden unterband das System bei 300 Grad Celsius die Rauchentwicklung, Flammen und eine Explosion komplett. Auch den sogenannten Nageltest, bei dem ein Stahlnagel einen Kurzschluss im Inneren auslöst, überstand der Akku laut den Forschenden ohne Brandentwicklung.
Die Forscher führen dieses hohe Sicherheitsniveau auf die Robustheit der starken Schutzschicht zurück, die extreme Belastungen standhalten soll. Durch die kontrollierte Verfestigung des Elektrolyten riegelt das System die betroffene Zelle bei Gefahr ab. Damit bleibt die chemische Reaktion räumlich begrenzt, was die Sicherheit des gesamten Energiespeichers massiv erhöht.
Ab wann die Technik Brände bei E-Autos verhindern könnte
Die durchgeführten Tests belegen laut CAS, dass die Batterie bei Temperaturen zwischen minus 40 und 60 Grad Celsius zuverlässig funktioniert. Damit eigne sich die neue Batterietechnik für den Einsatz in Elektroautos, wodurch die Fahrzeuge für Nutzer deutlich sicherer werden könnten.
Im Vergleich zu herkömmlichen Lithium-Ionen-Akkus nutzen diese Zellen das leichter verfügbare Natrium als Ladungsträger. Das Forschungsteam sieht in der Neuentwicklung einen wichtigen Schritt, um die Brandgefahr bei E-Autos technisch auszuschalten.
Trotz der aktuell noch geringeren Energiedichte sorgt die starke SEI-Schicht für ein Sicherheitsniveau, das andere Batterietypen bisher nicht erreichen. Die Forschenden betrachten die kontrollierte Verfestigung des Elektrolyten als entscheidenden Weg, um das Risiko von Fahrzeugbränden künftig zu eliminieren.
Der Elektrolyt soll bei Gefahr einfach hart werden und das System so effektiv vor der Zerstörung schützen. Diese Technologie könnte die Akzeptanz von Elektrofahrzeugen weiter steigern, indem sie eines der größten Sicherheitsbedenken adressiert.
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