Im Winter lassen aktuelle Lithium-Ionen-Batterien in ihrer Kapazität nach und auf längeren Strecken wünscht sich so mancher E-Bike-Enthusiast eine höhere Reichweite. Jetzt ist einem Forscherteam an der Justus-Liebig-Universität in Gießen bei der Grundlagenforschung ein Durchbruch gelungen. Metall-Luft-Batterien mit besonderen Speicherfähigkeiten könnten damit Pedelecs deutlich länger fahren lassen.
Die Physikochemiker Pascal Hartmann, Conrad L. Bender, Dr. Philipp Adelhelm und Prof. Dr. Jürgen Janek veröffentlichen jetzt gemeinsam mit Kollegen vom Institut für Nanotechnologie in Karlsruhe und der BASF SE in der Fachzeitschrift „Nature Materials“ einen für die Elektrorad-Entwicklung bedeutenden Artikel. Demnach haben sie eine reversibel arbeitende elektrochemische Zelle auf der Basis von Natriummetall, Sauerstoff und dem Reaktionsprodukt Natriumsuperoxid geschaffen. Natrium gilt wie Lithium als eine Komponente für besonders leistungsfähige elektrochemische Energiespeicher.
Natrium statt Lithium
Während jedoch heute lithiumbasierte Batterien in großem Umfang zum Einsatz kommen und auch intensiv für den Einsatz in größeren Energiespeichern untersucht werden, spielt Natrium bisher für elektrochemische Speicheranwendungen bei Raumtemperatur keine Rolle. Wesentlicher Grund dafür ist, dass die Elektrochemie des Natriums insgesamt wesentlich weniger gut untersucht ist. Bereits seit rund drei Jahren wird am Physikalisch-Chemischen Institut der Justus-Liebig-Universität Gießen (JLU) auf diesem Arbeitsgebiet geforscht. Die nun von den Gießener Forschern erzielten Ergebnisse stellen für die Elektrochemie des Natriums einen unerwarteten Knowhow-Sprung dar, der die Forschung auf natriumbasierten Batterien weiter beleben wird.
Höhere Speicherkapazität für Elektrofahrzeuge
Die Entwicklung der vorgestellten Natrium-Sauerstoff-Zelle könnte Vorteile für Elektrofahrzeuge bedeuten. Bisher stellten wiederaufladbare Metall-Luft-Batterien mit hoher Speicherkapazität, die bei Raumtemperatur funktionieren sollten, eine Herausforderung dar. Denn bis heute gibt es eine Reihe von grundsätzlichen Problemen, die es zu überwinden gilt – unter anderem eine bisher unzureichende Wiederaufladbarkeit und zahlreiche Nebenreaktionen, die eine mangelhafte Stabilität verursachen.
Vor diesem Hintergrund sind die Ergebnisse der Gießener Chemiker an Natriummetall-Sauerstoff-Zellen hochinteressant: Hier gelingen Entladung und Ladung erheblich effizienter, was auch der Entwicklung von Metall-Luft-Batterien insgesamt neue Impulse geben soll.
