Nobelpreisgewinner John Goodenough bekommt Patent für „Natrium-Glas-Batterie-Technologie“

Dreimal höhere Energiedichte, tausende von Ladezyklen und völlig ungefährlich bei Unfällen: die Natrium-Glas-Batterie-Technologie

Mit der weiteren Verbreitung der Elektromobilität steigen auch die Forschungsausgaben für neue Akku-Technologien. Während die Feststoffbatterie (Solid-State-Battery) von fast allen Herstellern als aussichtsreichster Kandidat für die Ablösung der Li-Ion-Akkus betrachtet wird, geht die Suche nach anderen Technologien und Varianten trotzdem weiter.

„Glasakku“-Patent von John Goodenough

Letztes Jahr ging der Nobelpreis für Chemie an drei Batterieforscher, die sich um die Grundlagen der Li-Ion-Batterietechnologie verdient gemacht haben. Das Nobelpreis-Komittee würdigte vor allem den Beitrag der drei Forscher Akira Yoshiro, Stanley Wittingham und John Goodenough zur Revolution in der Batterietechnik. Ohne Li-Ionen-Batterien gäbe es keine Smartphones, keine Laptops, die Stunden funktionieren und natürlich auch keine Elektroautos. Tesla hätte es so nie gegeben.

Aber auch die derzeitige Batterietechnik hat Grenzen. Schnelles Laden, viele Ladezyklen, und Beschädigungen mögen die Hochenergiespeicher nicht gerne. Und Lithium-Batterien brennen schon mal gerne, wenn sie einen Kurzschluss haben. Deshalb forschen tausende von Wissenschaftlern an der Feststoffbatterie, die alle diese Fehler nicht aufweisen soll. Auch der Nobelpreisträger John Goodenough hat sich der weiteren Grundlagenforschung verschrieben. Jetzt wurde das Patent aktiviert, das von den Instituten LNEG (National Laboratory of Energy and Geology) in Portugal, der University of Porto, Portugal und der University of Texas eingereicht wurde.

Einer der Vorteile der Feststoffbatterie: Beschädigungen sind ungefährlich, die Batterie arbeitet sogar weiter. Hier wird ein Labormuster von ionic Materials beschossen … @ ionic Materials

Feststoff-Batterie soll die Probleme lösen

Feststoffbatterien sollen all diese Probleme lösen. Vor allem sollen sie den Speichern die „Brandgefährlichkeit“ nehmen und die Energiedichte erhöhen. Schon 2017 hat ein Forscherteam um Goodenough und Maria Helena Braga dazu Ergebnisse veröffentlicht. Demnach nennt sich die Batterievariante „Natrium-Glas-Batterie-Technologie“. Natürlich könnte eine Batterie aus „Glas“ nicht funktionieren, denn Glas ist ein hervorragender Isolator. Vielmehr bietet der mit Lithium oder Natrium Glaselektrolyt eine sogenanntes amorphes Medium für eine neuartige Batteriechemie und -physik.

Dreifache Energiedichte

So stellten die Forscher fest, dass die Lithium- oder Natriumglasbatterie die dreifache Energiespeicherkapazität einer vergleichbaren Lithium-Ionen-Batterie aufweist. Ganz wichtig: der neuartige Elektrolyt baut keine „Dendriten“ auf, die die Lithiumionen immer mehr behindert haben, wenn wiederholt Geladen und Entladen wurde. Diese stacheligen „Dendriten“ verursachen letztlich in der Endphase Kurzschlüsse und Batteriebrände. Die Batterie ist dann am Ende ihrer Lebenszeit angelangt. Andere Technologien, wie die Siliziummetall-Elektroden-Batterie, haben beispielsweise Probleme mit zerbröckelnden Elektrodenmaterialien.

Ungewiss, ob das Proof-of-Concept kommerziell skaliert erden kann

Laut Angaben von Prof. Maria Helena Braga, einer Spezialistin für Werkstofftechnik und Materialwissenschaften an der Universität Porto, Portugal, sind die Ladezeiten der Glasbatterien im Minutenbereich. Das liege daran, dass das mit Lithium oder Natrium versetzte Glas der Batterie eine weitaus größere Speicherkapazität verleiht. Wer jetzt an Superkondensatoren denkt, der hat das Prinzip durchaus verstanden. Damit sind, auch durch Tests bewiesen, tausende von Lade- und Entladezyklen möglich, ohne die typischen Leistungsverluste der Li-Ionen-Technologie. Auch gegen Außentemperaturunterschiede ist die neue Batterie weitgehend gefeit. Der Funktionsbereich liegt zwischen -20°C und 60°C. Ungewiss ist aber derzeit, ob und wann die neue Technologie kommerzielle eingesetzt werden kann. Zwar gibt es funktionierende Labormuster, aber da spielen Kosten, Materialien und Dimensionen erst mal keine Rolle.

… um dann völlig normal als Energiespeicher weiterzufunktioneren.

Natrium oder Lithium?

Und wie nachhaltigk ist die Batterie? Wenn es möglich wird den Ionenaustausch von Lithiumionen auf Natriumionen zu verändern, wären die Batterien sogar zuverlässiger und nachhaltiger als alle anderen Energiespeicher derzeit.

Goodenough selbst geht es nicht darum, mit der neuen, patentierten Technologie Geld zu verdienen – mit seinen 94 Jahren hat er andere Prioritäten. „Ich brauche das Geld nicht“, wurde er jüngst zitiert.

Und wann wird die Öko-Glas-Batterie kommerziell einsatzfähig sein? Das ist der Casus Knacksus. Insider sprechen von mindestens 10-15 Jahren. 

Fotos, Illustrationen und Schaubilder: © The Royal Swedish Academy of Sciences, US20160368777A1 Patent , ionic Materials