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09.12.12 Natriumsuperoxid-Batterie entwickelt

Neuer Batterietyp entwickelt

Natrium-Sauerstoff-Zellen mit überraschenden Eigenschaften als Ergebnis erfolgreicher Grundlagenforschung an Metall-Luft-Batterien

Die Erforschung von neuen und verbesserten elektrochemischen Speichern für elektrische Energie gehört heute zu den dringenden Aufgaben im Rahmen der Energiewende. Sowohl für mobile als auch für stationäre Anwendungen werden Batterien mit spezifischen Eigenschaftsprofilen benötigt. Die Suche nach grundsätzlich neuen Zellkonzepten für besonders speicherfähige Batterien ist hier neben der konsequenten Weiterentwicklung bestehender Konzepte ein Schwerpunkt internationaler Forschungsanstrengungen.

Abb. 1: REM-Aufnahme der während der Zellentladung entstehenden, würfelförmigen NaO2-Partikel
Quelle: Pascal Hartmann, Justus-Liebig-Universität Gießen

Die Physikochemiker Pascal Hartmann, Conrad L. Bender, Dr. Philipp Adelhelm und Prof. Dr. Jürgen Janek berichten gemeinsam mit Kollegen aus dem BELLA-Labor am Institut für Nanotechnologie des KIT in Karlsruhe und der BASF SE erstmals über eine reversibel arbeitende elektrochemische Zelle auf der Basis von Natriummetall, Sauerstoff und dem Reaktionsprodukt Natriumsuperoxid. Natrium ist ebenso wie Lithium ein reaktives Alkalimetall, das eine Komponente von besonders leistungsfähigen elektrochemischen Energiespeichern sein kann.

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 daher 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 Kenntnissprung dar, der die Forschung auf natriumbasierten Batterien weiter beleben wird.

Die Entwicklung der vorgestellten Natrium-Sauerstoff-Zelle ist aber auch aus einer anderen Perspektive ein wichtiger Schritt: Wieder aufladbare arbeitende Metall-Luft-Batterien mit hoher Speicherkapazität für den Betrieb bei Raumtemperatur stellen bis heute eine der größten elektrochemischen Herausforderungen dar. Als besonders attraktiv gelten Lithium-Luft-Batterien wegen ihrer besonders großen theoretischen Speicherkapazität. Bis heute gibt es allerdings 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 wird..

Quelle:

A rechargeable room-temperature sodium superoxide (NaO2) battery
P. Hartmann, et. al., Nature Materials 2012. DOI: 10.1038/nmat3486

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Natriumsuperoxid-Batterie entwickelt
(URL: http://www.organische-chemie.ch/chemie/2012/dez/natrium-sauerstoff-zellen.shtm)

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