Forscher der Princeton University haben ein organisches Hochenergie-Kathodenmaterial für Natrium-Ionen-Batterien entwickelt, das die Leistungsfähigkeit von Lithium-Ionen-Technologie übertrifft. Diese Entdeckung könnte den Weg für nachhaltigere und kostengünstigere Energiespeicher ebnen.
Warum eine Alternative zu Lithium-Ionen-Batterien notwendig ist
Lithium-Ionen-Batterien dominieren derzeit den Markt für wiederaufladbare Energiespeicher. Sie versorgen Smartphones, Laptops und Elektrofahrzeuge mit Strom. Doch Lithium ist teuer und wird oft aus geopolitisch sensiblen Regionen bezogen. Natrium hingegen ist weltweit reichlich vorhanden – unter anderem im Meerwasser.
Das Forscherteam um Mircea Dincă von der Princeton University hat eine skalierbare, leistungsstarke Natrium-Ionen-Kathode entwickelt, die auf einem organischen Material basiert. Die Ergebnisse wurden im Journal of the American Chemical Society veröffentlicht.
Bis-Tetraaminobenzochinon (TAQ) – eine leistungsstarke Alternative
Ein zentrales Problem von Natrium-Ionen-Batterien war bisher ihre geringe Energiedichte. Dadurch hielten sie im Vergleich zu Lithium-Ionen-Batterien kürzer durch. Das neue Kathodenmaterial Bis-Tetraaminobenzochinon (TAQ) bietet jedoch eine Lösung:
- Höhere Energiedichte: TAQ übertrifft herkömmliche Lithium-Ionen-Kathoden in der Energiedichte pro Kilogramm.
- Hohe Leistungsdichte: Das Material ermöglicht schnelle Ladezeiten und eine hohe Energieabgabe.
- Stabilität und Umweltfreundlichkeit: TAQ ist beständig gegenüber Luft und Feuchtigkeit, hält hohen Temperaturen stand und basiert auf nachhaltigen organischen Verbindungen.
Diese Eigenschaften machen es besonders geeignet für Energiespeicherlösungen in Rechenzentren, Stromnetzen, erneuerbaren Energiesystemen und Elektrofahrzeugen.
Fast maximale theoretische Kapazität erreicht
Bereits im vergangenen Jahr hatte das Team die Vorteile von TAQ für Lithium-Ionen-Batterien demonstriert. Nun haben sie das Material für Natrium-Ionen-Batterien optimiert.
Ein entscheidender Faktor für den Erfolg war der Einsatz von Kohlenstoff-Nanoröhren als Bindemittel. Diese verbessern die Leitfähigkeit und ermöglichen eine nahezu vollständige Nutzung des aktiven Materials.
Laut Tianyang Chen, Erstautor der Studie, sorgen die Nanoröhren für eine homogene Elektrodenstruktur, was zu einer fast 100%igen Materialausnutzung führt – nahe am theoretischen Maximum. Zudem erlauben sie ein schnelleres Laden ohne Leistungsverlust.
Ein Meilenstein für nachhaltige Energiespeicher
Die Entwicklung dieser Natrium-Ionen-Kathode könnte ein Gamechanger für die Batterieindustrie sein. Sie bietet eine umweltfreundliche Alternative zu Lithium-Ionen-Technologien und könnte dazu beitragen, die Abhängigkeit von knappen Ressourcen zu reduzieren.
Mit dieser Innovation rückt die kommerzielle Nutzung leistungsstarker Natrium-Ionen-Batterien in greifbare Nähe – und damit eine nachhaltigere Zukunft für Energiespeicher und Elektromobilität.
