Kann Natrium das Lithium im E-Auto-Akku ersetzen?

Jetzt haben Wissenschaftler der Princeton-Universität in den USA einen Natrium-Ionen-Akku vorgestellt, der über bisherige Kapazitäten weit hinausgehen soll. Das könnte dazu führen, dass Elektroautos mit Natrium-Batterien in einigen Jahren eine deutlich bessere Reichweite erzielen. Aktuell liegen die Herstellungskosten für Natrium-Akkus bei lediglich 40 Prozent von Lithium-Akkus.

"Lithium ist in mehrfacher Hinsicht limitiert", sagt Chemie-Professor Mircea Dincă. Der renommierte Wissenschaftler ist Leiter einer Forschungsgruppe, die seit Jahren Natrium als mögliches Substitut untersucht. Im krassen Gegensatz zum raren Lithium gibt es Natrium als Bestandteil von diversen Salzsorten und Meerwasser quasi überall und in riesigen Mengen. Auch das chinesische Unternehmen CATL, größer Akku-Hersteller der Welt, hat kürzlich einen Natrium-Akku vorgestellt.

Wie Lithium ist Natrium als Alkalimetall ebenso reaktionsfreudig und folglich für den Ionenaustausch hervorragend geeignet. Im Aufbau sind Natrium- und Lithium-Kathoden identisch. Die Forscher der Dincă-Gruppe, wie das Konsortium offiziell firmiert, setzten sich daran, den Aufbau der Kathode zu optimieren.

Dabei experimentierten sie mit der Substanz Bis-Tetraamino-Benzochinon, abgekürzt TAQ, die sie bereits 2024 in eine Lithium-Ionen-Akkuzelle verbaut hatten (dabei wurden 2000 Ladezyklen erreicht). Das organische, kristalline Material ist mit dem Benzol verwandt. Es ersetzt das Kobalt in der Kathode, ist somit ebenfalls kostengünstiger – und vor allem nachhaltiger. Weitere Vorteile von TAQ sind außerdem hohe Widerstandsfähigkeit gegen hohe Temperaturen, Luft und Feuchtigkeit sowie eine lange Lebensdauer.

Als Bindemittel zwischen Natrium und den TAQ-Kristalliten verwendete die Dincă-Gruppe Kohlenstoff-Nanoröhren. Die Kombination dieser Materialien habe zu optimaler Ladungsannahme und -abgabe geführt, teilt der Wissenschaftler auf der Website der chemischen Fakultät von Princeton mit. "Beide Faktoren fördern den Elektronentransport innerhalb der Elektrode und ermöglichen eine nahezu 100-prozentige Nutzung des aktiven Materials." Damit sei – zumindest theoretisch – die maximale Kapazität erreicht.

Der projektierte Akku habe die größte Energiedichte hinsichtlich des Gewichts und könne folglich "mit den besten Materialien auf dem Markt konkurrieren". Damit sind Natrium-Ionen-Akkus gemeint. Wie hoch das Gewicht konkret ist, welche Ladezyklen erreicht wurden und welche C-Rate (Lade- bzw. Entlade-Tempo), verriet die Dincă-Gruppe bislang nicht.