Lithium-Akkus gelten als Standard für Energiespeicher. Sie sind aber relativ teuer, brandgefährlich und geopolitisch heikel. Ein Forscherteam aus Singapur hat jetzt eine Natrium-Ionen-Batterie entwickelt, die alle drei Probleme lösen soll. Die Zellen überstehen mehr als 30.000 Ladezyklen und könnten Heimspeicher sowie Rechenzentren deutlich sicherer machen. Was die Technologie kann, wo sie an Grenzen stösst und wann sie auf den Markt kommt.
Die Erzeugung von Strom durch Solarzellen oder Windkraftanlagen schwankt je nach Wetterbedingungen. Für eine verlässliche Energieversorgung werden deshalb leistungsstarke industrielle Speichersysteme benötigt. Herkömmliche Lithium-Akkus bergen jedoch Risiken, da sie bei Beschädigungen leicht in Brand geraten können. Zudem ist die globale Lieferkette stark von einzelnen Ländern abhängig, die die Verarbeitung kontrollieren.
Ein Forscherteam um Palani Balaya von der nationalen Universität Singapur sucht deshalb nach Alternativen und setzt auf Natrium. Das Element ist chemisch ähnlich zu Lithium, aber weltweit reichlich vorhanden und deutlich preiswerter. Eine neu entwickelten Natrium-Ionen-Zellen soll das Risiko einer unkontrollierten Überhitzung massiv verringern. Sie würde sich vor allem für stationäre Energiespeicher in Wohngebäuden eignen.
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30.000 Ladezyklen: Was Tests des Natrium-Akkus zeigen
Die Forscher verwenden als Elektrolyt das Lösungsmittel Glyme mit einem hohen Flammpunkt, das deutlich weniger feueranfällig ist als die in traditionellen Lithium-Ionen-Batterien genutzten, leicht entflammbaren organischen Flüssig-Elektrolyte.
Zusätzlich entwickelte das Team eine neuartige positive Elektrode mit einem Zink-Zusatz. Diese Modifikation soll die Kapazität verbessern und ein schnelles Laden sowie Entladen ermöglichen. In Tests überstand die Batterie mehr als 30.000 Ladezyklen, wobei sie eine Restkapazität von 50 Prozent behielt.
Ein Nachteil besteht darin, dass Natrium-Akkus bezogen auf ihr Gewicht etwas größer ausfallen. Für den stationären Einsatz in Wohnhäusern wäre dieser Faktor jedoch meist zweitrangig. Viele Betreiber von Rechenzentren zögern zudem beim Einsatz von Lithium-Speichern wegen potenzieller Brandrisiken. Die vermeintlich sicherere Natrium-Variante dürfte diese Bedenken entkräften und die Energiewende beschleunigen.
Wann kommt die Natrium-Batterie auf den Markt?
Zur Marktreife gründete der Wissenschaftler bereits das Spin-off-Unternehmen SgNaPlus. Aktuell erreichen die Prototypen eine Energiedichte von 90 bis 100 Wattstunden pro Kilogramm. Ziel des Unternehmens ist eine Steigerung auf mindestens 125 bis 150 Wattstunden pro Kilogramm. Damit würde die Natrium-Technologie die Kapazität robuster Lithium-Ionen-Batterien geringfügig übertreffen.
Palani Balaya betont die Wichtigkeit einer krisensicheren Lieferkette für die weltweite Energiewende. Das neue System soll daher darauf abzielen, Komponenten, die entweder geografisch eingeschränkt oder potenziell toxisch sind, zu minimieren oder sogar vollständig zu entfernen. Der Forscher sieht in der Technologie eine tragfähige Basis für den weltweiten Markt:
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Wir wollen eine sicherere Batterie herstellen, die für den industriellen Einsatz geeignet ist, aber sie muss auch nachhaltig sein und darf keine Probleme in der Lieferkette aufweisen. Es hat schließlich keinen Sinn, ein Material, das geopolitische Herausforderungen mit sich bringt, durch ein anderes Material mit ähnlichen Problemen an einem anderen Ort zu ersetzen.
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