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Batteriezellfertigung Natriumbatterien: Nanomaterialien aus Seegras als Separator

Von Maria Beyer-Fistrich

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Forscher der Universität Bristol haben einen starken Nanomaterialien-Separator aus Seegras entwickelt, der bei Natriumbatterien das Wachstum von Dendriten verhindert und zusätzlich die Leistung steigert.

Dank besserer Separatoren kann das Wachstum von Dendriten verhindert werden. Eine Massenproduktion von Natrium-Ionen-Batterien rückt näher. (Bild: gemeinfrei / Pixabay)
Dank besserer Separatoren kann das Wachstum von Dendriten verhindert werden. Eine Massenproduktion von Natrium-Ionen-Batterien rückt näher.
(Bild: gemeinfrei / Pixabay)

Ein Separator trennt die funktionierenden Teile einer Batterie und ermöglicht so den freien Transport der Ladung. Forscher der Universität in Bristol haben herausgefunden, dass Material auf Basis von Algen und Seegras den Separator deutlich stärker macht. Metallstrukturen aus Natrium (Dendrite) können einen solchen Separator nicht durchstoßen. Zudem hat der Seegras-Separator eine höhere Speicherkapazität und Effizienz, was wiederum zu einer höheren Lebensdauer der Batterien führt.

Der bifunktionale elektrogesponnene Nanofaser-Separator besteht aus Materialien, die aus Seegras gewonnen werden und sich selbst ausrichten, um das unkontrollierte Dendritenwachstum zu verhindern, was bisher eines der größten Probleme in der Herstellung von Natrium-Ionen-Batterien ist. Diese tentakelartigen Gebilde sprießen immer dann, wenn die Batterie zyklisch arbeitet. Sie durchstoßen die Trennmembran zwischen den Elektroden und führen dann zu einem Kurzschluss im Gerät.

Durch den neuen Nanofaser-Separator konnte die Zykluszeit bei hohen Stromdichten auf über 1000 Stunden bei 1 und 3 mA/cm2 und über 700 Stunden bei 5 mA/cm2 unter Verwendung von additivfreien Karbonatelektrolyten erhöht werden. Der Separator verhindert nicht nur die Bildung von Dendriten, sondern steigert auch noch die Leistung.

Langfristig können Natriumbatterien Lithium-Ionen-Akkus ersetzen. Auch Dr. Amaka Onyianta, Forscherin an der Universität Bristol, zeigt sich begeistert von den Ergebnissen: „Ich habe mich sehr gefreut, dass die neuen Nanomaterialien den Separator verstärken. Das steigert die Chance, schneller zu Batterien auf Natriumbasis umzuschwenken. Das bedeutet, dass wir nicht mehr auf knappe Materialien wie Lithium angewiesen sind, das oft auf unethische Weise abgebaut wird und für dessen Gewinnung viele natürliche Ressourcen, wie etwa Wasser, verbraucht werden."

Auch Professor Steve Eichhorn, der die Forschung leitete, erklärt: „Diese Arbeit zeigt, dass umweltfreundlichere Formen der Energiespeicherung möglich sind, ohne die Umwelt bei ihrer Herstellung zu zerstören.“ Der nächste Schritt wird jetzt sein, die Produktion der nötigen Materialien für die Separatoren zu steigern und langfristig Lithium-basierte Technologien abzulösen.

Die Forschungsarbeit wurde im Magazin Advanced Materials veröffentlicht.

(mbf)

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