Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Natriumionenakkumulatoren für intelligente Netze?

28.08.2015

Neues Hochleistungselektrodenmaterial für Natriumbatterien

Die Anforderungen an moderne Akkumulatoren für stationäre Energiespeichersysteme sind nichts weniger als lange Lebensdauer, geringe Kosten, hohe Sicherheit, hoher Wirkungsgrad und eine hohe Betriebspannung.


Das bipolare Elektrodenmaterial P2-NNCT besitzt als Batteriezelle angeordnet die bislang höchste gemessene durchschnittliche Betriebsspannung und die längste Lebensdauer aller Natriumzellen.

(c) Wiley-VCH

Preiswertes Natrium als Ersatz für das teure Lithium in den Batterien würden die Kosten bereits massiv senken, und in der Zeitschrift Angewandte Chemie berichten chinesische und japanische Wissenschaftler über ihre Entwicklung einer Hochleistungs-Batteriezelle mit einer bipolaren Elektrode, die aus einem gemischten Natrium-Übergangsmetalloxid besteht und für die industrielle Anwendung außerordentlich geeignet scheint.

Die erneuerbaren Energien haben den Nachteil, dass sie nicht vorhersagbar verfügbar sind und außerdem nicht an jedem möglichen Standort eingesetzt werden können. Eine Lösung wären intelligente Netze und Hochleistungsbatterien, die aber noch lange nicht ausgereift sind.

Als billigere Alternative für Lithiumionen gilt Natrium, aber auch hier muss noch eine Reihe von Problemen überwunden werden. Das größere Natriumion destabilisiert die Elektrode durch die Volumenänderung bei den Lade-Entladevorgängen und hat außerdem ein mit dem Elektrodenmaterial schwerer verträgliches Oxidationspotential.

Die verblüffende Lösung, die Haoshen Zhou und seine Kollegen am National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST) und der Tohoku-Universität in Japan sowie der Nanjing-Universität in China präsentieren, ist ein bipolares Material, das gleichzeitig als Anode und Kathode in einer vollständig symmetrischen Natriumzelle dient.

Dieses bipolare Elektrodenmaterial ist ein gemischtes Titanoxid mit dem Namen P2-NNCT für "P2-Phase von Na0.66Ni0.17Co0.17Ti0.66O2". Die Ziffern geben die unterschiedlichen Anteile der Elemente Natrium, Nickel, Cobalt und Titan an. Während das Natriumion in der Struktur die bewegliche Ladung repräsentiert, dienen die Zentren Nickel und Cobalt als negative Elektrode, und das Titanoxid ist die positive Elektrode.

Am wichtigsten für die genannten Sicherheits- und Leistungsaspekte ist jedoch die starre Schichtstruktur des Materials. Wie eingeklammert befinden sich die Natriumionen zwischen den Übergangsmetalloxidschichten, aber beim Lade- und Entladevorgang können sie ohne Volumenänderung entlang der Schichten frei wandern.

Zhou bestätigt: "Als Batteriezelle angeordnet, besitzt das neue Material die bislang am höchsten gemessene durchschnittliche Betriebsspannung von 3.1 V in symmetrischen Natriumzellen und die längste Lebensdauer mit 1000 Zyklen von sämtlichen Natriumzellen".

Mit einem Coulomb-Wirkungsgrad von nahe 99.9% außer in den Startzyklen wäre eine solche Batterie als Energiespeicher in praktischen großtechnischen Anwendungen denkbar. Dies machen die Autoren deutlich: "Unsere optimierten symmetrischen P2-NNCT-Natriumzellen sind besser als alle anderen Natrium-Vollzellen". Dies alles spricht in der Tat für eine bedeutende Weiterentwicklung der Batterietechnik für die neuen Energien.

Angewandte Chemie: Presseinfo 34/2015

Autor: Haoshen Zhou, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST, Japan), mailto:hs.zhou@aist.go.jp

Permalink to the original article: http://dx.doi.org/10.1002/ange.201505215

Angewandte Chemie, Postfach 101161, 69451 Weinheim, Germany.

Weitere Informationen:

http://presse.angewandte.de

Dr. Renate Hoer | GDCh

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht TU Graz Forschende modellieren Nanopartikel nach Maß
30.07.2020 | Technische Universität Graz

nachricht Neuer Forschungsbereich zu weichmagnetischen Werkstoffen am Fraunhofer IFAM Dresden gestartet
29.07.2020 | Fraunhofer-Gesellschaft

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Lastenfahrräder: Leichtbaupotenziale erkennen und nutzen

Lastenräder sind »hipp« und ein Symbol für klimafreundliche Mobilität, tagtäglich begegnen wir ihnen. Straßen und Radwege müssen an diese neue Fahrzeugkategorie angepasst werden. Aber nicht nur die Infrastruktur kann optimiert werden, Lastenräder selbst bieten noch reichlich Potenzial. Im neu gestarteten Projekt »LastenLeichtBauFahrrad« (L-LBF) suchen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF zusätzliche Leichtbaupotenziale dieser urbanen Vehikel. Über die Fortschritte des Projekts informiert eine eigene Webseite unter www.lbf.fraunhofer.de/L-LBF 

Form und Design von Lastenfahrrädern variieren von schnittig schick bis kastig oder tonnig. Sie stellen das neue Statussymbol der »mittleren Generation« dar....

Im Focus: AI & single-cell genomics

New software predicts cell fate

Traditional single-cell sequencing methods help to reveal insights about cellular differences and functions - but they do this with static snapshots only...

Im Focus: Künstliche Intelligenz & Einzelzellgenomik: Neue Software sagt das Schicksal einer Zelle vorher

Die Erforschung der Zelldynamik ermöglicht einen tieferen Einblick in die Entstehung und Entwicklung von Zellen sowie ein besseres Verständnis von Krankheitsverläufen. Wissenschaftler des Helmholtz Zentrums München und der Technischen Universität München (TUM) haben „scVelo“ entwickelt – eine auf maschinellem Lernen basierende Methode und Open-Source-Software, welche die Dynamik der Genaktivität in einzelnen Zellen prognostizieren kann. Damit können die Forscher den künftigen Zustand einzelner Zellen vorhersagen.

Herkömmliche Verfahren für die Einzelzellsequenzierung erlauben es, Erkenntnisse über Unterschiede und Funktionen auf zellulärer Ebene zu gewinnen - allerdings...

Im Focus: Perseiden: Die Sternschnuppen-Sommernächte im August

Gemeinsame Pressemitteilung der Vereinigung der Sternfreunde (VdS) und des Hauses der Astronomie in Heidelberg -In diesem Jahr wird der Sternschnuppenstrom der Perseiden am Vormittag des 12. August seinen Höhepunkt erreichen. In den Nächten vom 11. auf den 12. und vom 12. auf den 13. August geht der Mond nach Mitternacht auf, so dass die späten Abendstunden nicht vom Mondlicht aufgehellt werden - ideal um nach den Perseiden Ausschau zu halten. Man blickt dazu in Richtung Osten, wo das Sternbild Perseus aufgeht, nach dem diese Sternschnuppen benannt wurden.

Der Hochsommer ist die Zeit der Sternschnuppen: Schon ab Mitte bis Ende Juli tauchen die ersten Sternschnuppen der Perseiden am Himmel auf, die aus dem dem...

Im Focus: Mit dem Lego-Prinzip gegen das Virus

HZDR-Wissenschaftler*innen erhalten millionenschwere Förderung für Corona-Forschung

Um die Corona-Pandemie zu bewältigen, stattet der Freistaat Sachsen ein Forschungsteam um Prof. Michael Bachmann vom Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Innovationen der Luftfracht: 5. Air Cargo Conference real und digital

04.08.2020 | Veranstaltungen

T-Shirts aus Holz, Möbel aus Popcorn – wie nachwachsende Rohstoffe fossile Ressourcen ersetzen können

30.07.2020 | Veranstaltungen

Städte als zukünftige Orte der Nahrungsmittelproduktion?

29.07.2020 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

„Science“-Artikel: Bruchstelle verlangsamt Blutzucker-Stoffwechsel

04.08.2020 | Biowissenschaften Chemie

Fraunhofer IPT und Partner setzen Standards für Augmented-Reality-Anwendungen in der Produktion

04.08.2020 | Informationstechnologie

Saatguttresor Global Seed Vault startet 100-jähriges Langzeitexperiment mit IPK-Proben

04.08.2020 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics