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48 DESIGN&ELEKTRONIK 13 2020 www designelektronik de ■ Neuer Interkalationsmechanismus entdeckt Obwohl Natrium in seinen chemischen Eigenschaften dem Lithium ähnelt weist es auch Unterschiede auf die neue Ansätze bei der Konstruktion von Natrium-IonenBatterien erforderlich machen Nach wie vor erweist sich die Anode als Herausforderung Graphit wie er bei Lithium-Ionen-Batterien erfolgreich eingesetzt wird funktioniert dort nicht da die KohlenstoffHexagone und der Natriumkationen zu unterschiedlich groß sind damit sich die Ionen im Kohlenstoffgitter einlagern können Interkalation Hartkarbon scheint das einzige Material zu sein das sich tatsächlich als Anodenmaterial eignet Denn es besitzt eine unregelmäßige Anordnung verzerrter graphitähnlicher Schichten und verfügt über eine vergleichbare Speicherfähigkeit für Natriumionen wie Graphit für Lithiumionen Allerdings blieb bislang noch unklar warum und wie dies geschieht Forscher des Skolkovo Institute of Science and Technology Skoltech und der Staatliche Universität Moskau haben die Art der elektrochemischen Reaktion ermitteltet die mit der Ladungsspeicherung im Anodenmaterial für Natrium-Ionen-Batterien verbunden ist 4 Ihre Erkenntnisse könnten zusammen mit der vom gleichen Team entwickelten Herstellungsmethode für Anoden dazu beitragen die Kommerzialisierung dieser Art von Batterien voranzutreiben »Es gab mehrere Thesen wie Natrium in Hartkarbon eingebracht werden könnte« sagte Oleg Drozhzhin Projektleiter und leitender Forscher am Center for Energy Science and Technology CEST von Skoltech und an der Staatliche Universität Moskau »In unserer Studie haben wir eine davon validiert und leicht erweitert Wir fanden heraus dass Hartkarbon ein interkalationsartiges Verhalten zeigt um den größten Teil der Ladung zu speichern Gleichzeitig finden auch Oberflächenprozesse statt die mit der sogenannten Pseudokapazität verbunden sind wie wir sie von Superkondensatoren her kennen« Bild 3 »Diese Arbeit ist bemerkenswert« kommentiert Evgeny Antipov ein SkoltechProfessor und Leiter der Abteilung Elektrochemie an der chemischen Fakultät der Staatliche Universität Moskau »Denn sie zeigt nicht nur wie Hartkarbon im Natrium-Ionen-System funktioniert sondern auch wie es sich mit einer Kapazität von über 300 mAh g herstellen lässt ein Wert der mit der von Graphit in Lithium-IonenBatterien vergleichbar ist Und was noch wichtiger ist wir wissen wie es funktioniert « ■ 1000 km fahren ohne Nachladen Reichweite ist einer der Knackpunkte bei der Elektromobilität Zwar hat sich diese im Laufe der Jahre deutlich vergrößert weil die Leistungsfähigkeit von Li-IonenBatterien stetig verbessert worden ist und die Rekuperation der Bremsenergie Einzug gehalten hat Einige der neuesten Modelle von Tesla und Nissan zum Beispiel können unter idealen Bedingungen bis zu 600 km Stromversorgung Batterien und Akkus Bild 5 Die Außenhaut dieses Spielzeug-Roboters bildet die biomorphe Zink-Luft-Batterie mit der dieser Skorpion mit Energie versorgt wird 5 Bild 3 links Speicherkapazität der neuen Natrium-Ionen-Batterie mit Hartkarbon rechts die Lade-Entlade-Kurve zeigt sowohl eine Interkalation als auch ein pseudokapazitives Verhalten Quelle Zoia V Bobyleva et al Electrochimica Acta Bild 4 Forscher der Kyoto University und von Toyota arbeiten an einem neuen Typ von wiederaufladbaren Batterien auf Fluoridbasis mit der man 1000 km ohne Aufladen fahren könnte Quelle Kyoto University