Graphit und Natrium statt Lithium

Forscher der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) haben zusammen mit Experten der ETH Züric Ansätze entdeckt, wie sich Batterien aus Abfall-Graphit und Schrott-Metallen herstellen lassen. Dazu stellen die Wissenschaftler das Prinzip des Lithium-Ionen-Akkus auf den Kopf. Ein mögliches Endprodukt hätte den Entwicklern zufolge das Potenzial, wirklich preisgünstig zu und langlebig zu sein - darauf weisen jedenfalls erste Experimente hin.

Während im Lithium-Ionen-Akku die Anode, der Minuspol, aus Graphit besteht, wird bei der neukonzipierten Batterie der Gaphit als die Kathode (Pluspol) eingesetzt. In den Zwischenräumen lagern sich die dicken Anionen ein. Die Anode ist bei neuen Batterie dagegen aus Metall. Abfall-Graphit, der bei der Stahlherstellung anfällt und auch 'Kish-Graphit' heißt, so die Schweizer Fachleute, funktioniert sehr gut als Kathodenmaterial.

Auch natürlicher Graphit geht gut - wenn er in groben 'Flakes' geliefert wird und nicht allzu fein vermahlen ist. Der Grund: Die Graphitschichten liegen an den Bruchkanten offen und die dicken Metall-Chlorid-Ionen können leichter in die Struktur hineinschlüpfen. Dagegen eignet sich der fein vermahlene Graphit, der üblicherweise in Lithium-Ionen-Batterien zum Einsatz kommt, für die neue Batterie kaum: Durch das Vermahlen der Graphitpartikel werden die Schichten geknickt wie in einer zerknüllten Papierkugel. In diesen geknüllten Graphit können nur kleine Lithium-Ionen eindringen, die dicken Anionen der neuen Batterie dagegen nicht.

Natrium statt Schrott?

Wissenschaftler an der Stanford University haben eine Batterie entwickelt, die bei industrieller Herstellung 80 Prozent weniger kostet als ein Lithium-Ionen-Modell gleicher Kapazität. Sie basiert auf Natrium, dem sechsthäufigsten Element in der Erdkruste. Chemieingenieur Zhenan Bao und die beiden Materialwissenschaftler Yi Cui und William Chueh nutzen Tafelsalz, auch als Natriumchlorid bekannt.

'Nichts übertrifft die Leistung von Lithium', gibt Bao zu. 'Aber Lithium ist so selten und teuer, dass wir uns gezwungen sahen, eine Hochleistungsbatterie zu niedrigen Kosten auf der Grundlage von Elementen zu entwickeln, die reichlich vorhanden sind.' Die Materialkosten machen, so der Forscher, ein Drittel des Preises von Batterien aus. Die Gewinnung von Lithium kostet 15.000 Dollar pro Tonne. Natrium sei schon für ein Hundertstel dieser Kosten zu haben.

Die Kathode der Stanford-Batterie besteht aus einer Verbindung von Natrium und Myo-Inositol. Das ist ein natürlich vorkommender Stoff, der in der Nahrung und im Stoffwechsel vorkommt. Er lässt sich kostengünstig herstellen. Die Anode ist eine Phosphorverbindung. Beim Entladen der Batterie fließen Elektronen zur Anode, wobei sie einen Umweg über einen Verbraucher machen, etwa eine Glühlampe. Beim Laden nehmen sie den umgekehrten Weg. Die Güte einer Batterie hängt davon ab, wie schnell dieser Austausch stattfindet.

Nachdem die Forscher die Kathode optimiert haben - unter anderem durch Untersuchungen am SLAC National Accelerator Laboratory in Stanford, das mehrere Teilchenbeschleuniger betreibt, gehen sie jetzt daran, die Anode zu verbessern. 'Wir haben schon eine gute Batterie', sagt Cui. 'Aber wir sind sicher, dass wir sie durch Optimierung der Anode noch verbessern können.'

Der Nachteil von Natrium-Ionen-Batterien: Sie sind größer als Lithium-Ionen-Batterien mit gleicher Kapazität. Aus dem Grund sind sie für mobile Anwendungen ungeeignet. Für stationäre Einsätze sind sie dagegen ideal, weil sie Strom zu sehr geringen Kosten speichern. Der Platzbedarf ist in diesem Fall zweitrangig. Die Stanford-Forscher rechnen damit, dass in den nächsten Jahren gigantische Batterieparks aufgebaut werden müssen, um Solar- und Windstrom über dunkle beziehungsweise windstille Stunden hinwegzuretten.

Ihre Meinung dazu? Schreiben Sie hier!

#Forschung #Entwirklung #Akku

Newsticker per eMail oder RSS/Feed!

Auch interessant!
Lithium Metall Akku
Eine Batterie, die sich minutenschnell auflädt und mehrfach größere Mengen an elektrischer Energie speich...

Natrium-Alu-Akkus als saubere Energiespeicher
Die neue Natrium-Aluminium-Batterie von Forschern des Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) bestic...

E-Autos nach 14 Jahren billiger
Elektroautos sind über ihre gesamte Lebenszeit billiger als klassische Benziner oder Dieselfahrzeuge, wen...

Elektrolyt verbessert Akkus
Eine kleine Änderung im chemischen Aufbau ermöglicht deutlich bessere Lithium-Ionen-Akkus, so Forscher de...

VW und Northvolt
Die Volkswagen AG steigt für 900 Millionen Euro beim schwedischen Batteriehersteller Northvolt ein....

Neue Akkus mit hoher Speicherkapazität
Forscher der Lancaster University haben ein neues Material entwickelt, das dem Wasserstoffantrieb in Fah...

Schnelllade-Akkus kommen
Forscher des Rensselaer Polytechnic Institute haben eine neue Elektrode entwickelt, die eine Schnellladu...

Parkplätze für Elektroautos
Wer aufmerksam durch Wien fährt, entdeckt immer wieder leere Parkplätze, die ein Parkverbotszeichen mit Z...

Laden im Fahren
E-Autos können künftig während der Fahrt über spezielle Straßenplatten ihre Energiereserven auffüllen, wi...

Innovative Elektroautos und Co.
Welche Innovationen setzen sich wirklich durch? Viel wird in diesen Tagen über die Zukunft der persönlich...

Elektroautos fahren besser mit Batterie
Um den CO2-Ausstoß durch den Straßenverkehr zu drosseln, scheinen batteriebetriebene Elektroautos sinnvol...

Neue Akkus ohne Brandgefahr
Eine neue Generation von Batterien soll jene Art von Bränden verhindern, wie sie im Jahr 2013 wiederholt ...

Software verringert Stromverbrauch
Das US-Software-Start-up Enerlytics identitifiziert genau jene Codes von Smartphone-Apps, die zu einer sc...

Kabel als Ersatz für Batterien
Forscher an der University of Central Florida (UCF) haben eine Methode entwickelt, wie leitende Kupferkab...