Natrium-Ionen-Batterien, die als kostengünstige und zugängliche Alternative zu Lithium-Batterien gelten, haben endlich das größte Hindernis für ihre breite Einführung überwunden. Wissenschaftler der National University of Singapore haben einen neuen Typ einer Festkörperbatterie entwickelt, die fast zehnmal länger hält und deutlich sicherer ist als ihre Vorgänger.
Das Problem, das jahrelang gelöst werden musste
Die größte Schwachstelle moderner Natrium-Ionen-Batterien ist der Elektrolyt. Flüssige Varianten sind zwar günstig, aber brandgefährlich, während Festkörper-Elektrolyte unter geringer Leitfähigkeit und Instabilität leiden. Beim Kontakt mit metallischem Natrium degradieren sie schnell, und an den Elektroden bilden sich Dendriten – mikroskopisch kleine Nadeln, die die Isolierung durchdringen und einen Kurzschluss verursachen können.
Die geniale Lösung aus gewöhnlichem Harnstoff
Die singapurischen Forscher fanden eine elegante Lösung. Sie fügten dem Polymer-Elektrolyt ultradünne Schichten aus graphitartigem Kohlenstoffnitrid hinzu – einem Material, das aus gewöhnlichem Harnstoff gewonnen werden kann. Dies senkte nicht nur die Produktionskosten, sondern veränderte auch die Eigenschaften der Batterie grundlegend.
Ergebnisse, die die Regeln ändern
Der Effekt war beeindruckend. Das neue Material verbesserte die Leitfähigkeit des Elektrolyten um mehr als das Zweifache und beseitigte das Risiko der Dendritenbildung fast vollständig. Während eine herkömmliche Batterie nach 250 Stunden ausfiel, arbeitete die verbesserte Version über 2000 Stunden ohne Störungen.
Zudem zeigten die Prototypen eine außergewöhnliche Langlebigkeit: Nach 500 Lade- und Entladezyklen behielten sie 95 % ihrer ursprünglichen Kapazität. Die Batterien wurden auch robuster und widerstandsfähiger gegen mechanische Beschädigungen, was sie ideal für den Einsatz in Elektrofahrzeugen und stationären Energiespeichersystemen macht.