Weltweit erste anodenfreie Natrium-Festkörperbatterie

• UChicago Prof. Shirley Meng’s Laboratory for Energy Storage and Conversion creates world’s first anode-free sodium solid-state battery – a breakthrough in inexpensive, clean, fast-charging batteries

  • Eine neue Art von Batterie wurde im Labor von Prof. Y. Shirley Meng entwickelt
  • Preisgünstige, schnell ladende und hochkapazitive Batterien rücken für Elektrofahrzeuge und Netzspeicher näher

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• Weltweit erste anodenfreie Natrium-Festkörperbatterie

  • Das Labor von Professorin Shirley Meng an UChicago Pritzker Molecular Engineering entwickelt die weltweit erste anodenfreie Natrium-Festkörperbatterie
  • Die Forschung entstand in Zusammenarbeit zwischen der UChicago Pritzker School of Molecular Engineering und dem Aiiso Yufeng Li Family Department of Chemical and Nano Engineering der University of California San Diego
  • Preisgünstige, schnell ladende und hochkapazitive Batterien rücken für Elektrofahrzeuge und Netzspeicher näher

• Wichtige Inhalte der Veröffentlichung

  • Die Arbeit mit dem Erstautor Grayson Deysher, Doktorand an der UC San Diego, wurde in Nature Energy veröffentlicht
  • Die neue Natrium-Batteriearchitektur zeigt über Hunderte Zyklen hinweg stabiles Cycling
  • Durch den Verzicht auf die Anode und die Nutzung von preisgünstigem, reichlich vorhandenem Natrium statt Lithium können billigere und umweltfreundlichere Batterien hergestellt werden
  • Das innovative Festkörperdesign macht die Batterie sicher und leistungsstark

• Nachhaltigkeit und Natrium

  • Lithium ist in der Erdkruste mit etwa 20 ppm vorhanden, Natrium dagegen mit 20.000 ppm
  • Durch die steigende Nachfrage nach Lithium-Ionen-Batterien sind die Preise stark gestiegen, wodurch die benötigten Batterien weiter außer Reichweite geraten
  • Die Gewinnung von Lithium ist umweltschädlich
  • Natrium lässt sich leicht aus Meerwasser und Soda-Erz gewinnen und ist daher umweltfreundlicher

• Innovative Struktur

  • Das Team musste eine neue Struktur erfinden, um eine Natrium-Batterie mit der Energiedichte von Lithium-Batterien zu bauen
  • Traditionelle Batterien besitzen eine Anode, die während des Ladens Ionen speichert
  • Anodenfreie Batterien entfernen die Anode und speichern Ionen direkt im Stromkollektor
  • Dieser Ansatz ermöglicht hohe Zellspannung, niedrige Zellkosten und hohe Energiedichte, bringt aber auch eigene Herausforderungen mit sich

• Fließender Feststoff

  • Das Team verfolgte einen innovativen Ansatz mit einem Elektrolyten, der den Stromkollektor umgibt
  • Der Stromkollektor wurde aus Aluminiumpulver gefertigt, wodurch ein Feststoff entstand, der wie eine Flüssigkeit fließen kann
  • Während der Batterieassemblierung wurde das Pulver unter hohem Druck verdichtet, um einen flüssigkeitsähnlichen Kontakt mit dem Elektrolyten aufrechtzuerhalten

• Ausblick

  • Natrium-Festkörperbatterien galten als Technologie einer fernen Zukunft, doch diese Veröffentlichung zeigt, dass Natrium-Batterien tatsächlich gut funktionieren können
  • Professorin Meng hofft, dass verschiedene saubere und preisgünstige Batterieoptionen erneuerbare Energie speichern und passend zu den Bedürfnissen der Gesellschaft skaliert werden können
  • Professorin Meng und Deysher haben über das Office of Innovation and Commercialization der UC San Diego ein Patent angemeldet

Zusammenfassung von GN⁺

• Dieser Artikel behandelt die Entwicklung der weltweit ersten anodenfreien Natrium-Festkörperbatterie
• Natrium-Batterien sind günstiger und umweltfreundlicher als Lithium-Batterien und eine vielversprechende Alternative für Elektrofahrzeuge und Netzspeicher
• Möglich wird dies durch einen innovativen Ansatz, der Energiedichte und Sicherheit der Batterie erhöht
• Der Artikel bietet interessante und nützliche Informationen für Forschende und Ingenieurinnen und Ingenieure in diesem Bereich
• Vergleichbare Produkte mit ähnlicher Funktion sind bestehende Lithium-Ionen-Batterien und Batterietechnologien der nächsten Generation

[GN⁺]

Hacker-News-Kommentare

• Der Lithiumpreis ist in den letzten 2 Jahren um 80 % gefallen

  • Die im Artikel erwähnte Knappheit von Lithium passt nicht zur aktuellen Lage
  • Der Preisrückgang bei Lithium könnte sich positiv auf den Übergang zu sauberer Energie auswirken

• Ich kenne mich mit Elektrizität nicht besonders gut aus, aber damit Elektronen fließen, braucht es eine Anode

  • Laut Wikipedia bildet sich beim ersten Laden eine metallische Anode

• Erwähnung von Na4MnCr(PO4)3

  • Chrom ist in der Erdkruste fünfmal häufiger als Lithium
  • Ein Vorteil gewöhnlicher Natrium-Ionen-Batterien ist, dass sie keine seltenen Elemente verwenden
  • Ein Vergleich zwischen Festkörperchemie und gewöhnlicher Chemie wäre nötig

• Link zum Preprint des Papers bereitgestellt

  • Es gibt keine Informationen zu Energiedichte, Volumen oder Ladezyklen

• Diskussion über die Umweltauswirkungen der Lithiumgewinnung

  • Die Methode, Wasser an die Oberfläche zu pumpen und verdunsten zu lassen, hat nur geringe Umweltauswirkungen
  • Ein Vergleich mit der Natriumgewinnung wäre nötig

• Bei Batterien sind Skalierung und Gesamtkosten entscheidend

  • Selbst wenn die Materialien günstiger sind, muss ein Produkt eingeführt werden, das besser ist als der aktuelle Stand
  • Wichtig ist, ob bestehende Fabriken und Fertigungstechnologien genutzt werden können
  • Festkörperbatterien werden wahrscheinlich zuerst in Elektroflugzeugen und Supersportwagen eingeführt

• Die Häufigkeit und Stabilität von Natrium bieten großes Potenzial für die Energiespeicherung

  • Ich würde die Batterien in meinem Haus gern durch Natriumbatterien ersetzen

• Ich erwarte den ersten Kommentar, der darauf hinweist, was diese Batterie in der Praxis eigentlich nicht kann

• An der Kathode scheint mehr zu passieren

  • Ich frage mich, warum an der Kathode mehr passiert als im Elektrolyten