Neue Batteriekonzepte: BAM erforscht nachhaltige Batteriematerialien

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Berlin - Bisher basieren elektrische Batterien, die in Elektroautos, stationären Stromspeichern oder bei industriellen Anwendungen zum Einsatz kommen fast ausschließlich auf der Lithium-Ionen-Technologie.

Der Abbau von Lithium ist allerdings kostspielig, zudem gibt es zum Teil Kritik an den Gewinnungsmethoden. Weltweit suchen Forscher nach einer umweltschonenderen Alternative zu Lithium. Als besonders vielversprechend gelten Natrium-Ionen-Batterien. Sie sind eine „Drop-in-Technologie“, d.h., sie können auf die gängige Batterieproduktion übertragen werden. Zudem benötigen sie für die Elektroden weder Cobalt noch Nickel, d.h. Metalle, deren Abbaubedingungen z.T. ebenfalls kritisiert werden bzw., die giftig sind. Vor allem aber ist Natrium als natürlicher Bestandteil von Kochsalz leicht verfügbar.

Als Schwachstelle von Natrium-Ionen-Batterien gilt bislang jedoch das Anoden-Material. Dieses Material soll als „Tank“ einer elektrischen Batterie im geladenen Zustand möglichst viele positive Natrium-Ionen speichern können. Somit ist es entscheidend für die Effizienz des Akkus.

An der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) startet jetzt ein Berliner Kooperationsprojekt, das sich der Suche nach einem geeigneten Anoden-Material widmet, um die Natrium-Ionen-Technologie voranzubringen. Angesiedelt ist es im neuen Batterietestzentrum, das die BAM kürzlich eröffnet hat.

Statt Graphit - wie bei den etwas kleineren Lithium-Ionen - werden dazu bei Natrium-Ionen bisher sogenannte Hard Carbons verwendet. In den Poren und Gängen des ungeordneten Kohlenstoffs können sich jedoch nicht nur Natrium-Ionen einlagern, sondern es gelangt auch Elektrolyt, die Ionen-leitende Flüssigkeit der Batteriezelle, hinein. Das führt bislang zu unerwünschten Verlusten der Speicherkapazität und geht somit auf Kosten der Effizienz.

„Es ist sehr komplex, die ideale Struktur für diese neuartigen Materialien zu finden. Wir wollen dafür maßgeschneiderte Verbundwerkstoffe entwickeln, die möglichst vielen Natrium-Ionen Platz bieten, Elektrolyte aber fernhalten. Die Herausforderung ist es, ein Material zu finden, das zugleich sicher und effizient ist“, so Tim-Patrick Fellinger, der das Verbundprojekt leitet und an der BAM Experte für Energiematerialien ist.

Neben der BAM sind das Helmholtz-Zentrum Berlin und die TU Berlin sowie mehrere Unternehmen, die sich auf Kohlenstoffmaterialien für Batterien spezialisiert haben, an dem Projekt beteiligt. Gefördert wird das Verbundprojekt durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung im Rahmen der Förderung „Batterie 2020 Transfer“.