Forscher in China haben gerade das einzige Problem gelöst, bei dem Natrium-Metall-Batterien getötet wurden. Es sind Dendriten. Stachelige, nadelartige Wucherungen, die durch Separatoren stechen und Kurzschlüsse verursachen. Seit Jahren fatale Mängel. Bisher.
Ein neues Design, das am 21. Mai in Nano-Micro Letters veröffentlicht wurde, lässt sich in vier Minuten aufladen. Nur vier. Außerdem bleibt die Kapazität über Jahre hinweg erhalten. Keine Kurzschlüsse. Keine Dendritendurchbrüche.
Der Durchbruch ist ein zäher, quasifester Gelelektrolyit namens Sn-FB QSE.
Natriummetallbatterien (SMBs) gelten als Nachfolger der Lithium-Ionen-Batterien. Günstiger. Sicherer. Reichlich vorhandene Materialien. Aber sie haben die schlechte Angewohnheit, sich in ein wissenschaftlich faires Explosionsprojekt zu verwandeln. Warum? Denn Natrium ist hochreaktiv.
Wenn sich Ionen durch eine Batterie bewegen, bilden sie eine Schicht namens SEI. Festelektrolyt-Interphase. Es soll die Anode schützen. Normalerweise funktioniert es gut. Es ist 10 bis 50 µm dick und im Grunde mikroskopisch klein. Mit Natrium knackt es. Diese Risse laden dazu ein, dass sich Natriumionen ansammeln. Sie bilden Beulen. Aus Unebenheiten werden Spitzen. Stacheln durchdringen die Membran. Zap.
Das Sn-FB QSE behebt dieses Problem. Es ist halbfest. Stark gegen Durchstiche. Es verhindert, dass das Natrium zu Stalagmiten heranwächst.
Die Testergebnisse? Schwer zu ignorieren.
Das Team hat die Zelle über 6,00 Stunden lang geladen und entladen. Sechstausend Stunden ununterbrochenes Radfahren. Keine Dendriten durchdrangen die Barriere.
Sie haben den Gebührensatz an die absolute Grenze gebracht. Von null auf 100 % in vier Minuten. Der Akku hielt 80,1 mAh/g. Das ist ungefähr die Hälfte dessen, was man in einem erstklassigen Lithium-Ionen-Akku bei derselben wahnsinnigen Geschwindigkeit sehen würde. Aber Geschwindigkeit ist nicht die einzige Messgröße.
Machen Sie es langsamer. Laden Sie das Gerät in 20 statt in 4 Minuten auf. Machen Sie weiter. Über 2.00 Zyklen. Der Akku behielt 9 % seiner ursprünglichen Kapazität. Dies entspricht den theoretischen Grenzen der aktuellen Lithium-Ionen-Technologie. Aber es kostet weniger. Es ist sicherer.
KMUs kombinieren die kostengünstige, reichlich vorhandene Natur der Natrium-Ionen-Technologie mit der hohen Energiedichte und dem geringen Platzbedarf von Lithium-Ionen.
Diese Größe ist wichtig. Lithium-Ionen sind schwer. Kobalt und Lithium sind selten, geopolitisch sensibel und teuer. Außerdem fangen sie leicht Feuer. Natrium ist überall. Schmutz hat buchstäblich mehr davon als Gold.
SMBs verwenden eine metallische Natriumanode. Im Gegensatz zu herkömmlichen Natriumionenbatterien, die Graphit verwenden, ist die Metallanode leichter. Viel leichter. Auch die Ionen sind sperrig. Sie können nicht schnell genug zu einer Bresche eilen, um eine Thermal-Runaway-Reaktion auszulösen. Wenn die Batterie kaputt ist, funktioniert sie einfach nicht mehr. Es geht nicht in Flammen auf.
Elektrofahrzeuge betteln darum.
Der aktuelle König der Geschwindigkeit ist der BYD Denza. In fünf Minuten erreicht es 70 % von 10 %. Fünf. Dafür sind jedoch spezielle 1-MW-Ladegeräte erforderlich, die es in Ihrer Nähe nicht gibt. Tesla Model 3? Fünfzehn Minuten mit einem 250-kW-Ladegerät. Neunzig Minuten bei einem Standard-50-kW-Stand. Die meisten Fahrer können keine neunzig Minuten warten.
Wenn SMBs wie versprochen funktionieren, könnte die Reichweite geringer sein als bei Lithium. Doch die Auffüllzeit schrumpft von einer Stunde auf eine Kaffeepause.
Busse des öffentlichen Nahverkehrs? Perfekte Passform. Pendlerautos? Gute Passform. Sie sitzen in Depots und laden auf, während die Fahrer schlafen oder sich ausruhen. Sie brauchen nicht die enorme Reichweite eines Roadtrips quer durchs Land. Sie brauchen Zuverlässigkeit und Geschwindigkeit.
Aber erwarten Sie nicht bald ein SMB-Telefon.
Telefone werden heiß. Es wird ihnen kalt. Gelelektrolyte hassen Temperaturschwankungen. Die Chemie ändert sich. Leistungseinbußen. Die Forscher geben es zu. Dies muss repliziert werden. Es muss skaliert werden. Es muss der harten Realität standhalten, wenn es im Winter in die Jackentasche gesteckt wird.
Reines Natriummetall ist gefährlich. Der Ersatz der bekannten Graphitanoden, die wir jetzt haben, ist ein großer Schritt. Ein großes.
Es wird ein langes Jahrzehnt sein.
Vielleicht wird die Batterierevolution nicht durch die Schaffung des perfekten Energiespeichers erreicht. Vielleicht kommt es dadurch, dass man ein kleineres akzeptiert. Solange es schnell genug gefüllt ist.
Wo ist Ihre Geduldsgrenze? Fünf Minuten.
