Natriumbatterien mit Graphenschutz versprechen schnelleres Laden und bis zu 10.000 Ladezyklen.

Natriumionen-Akkus werden zunehmend zu einer attraktiven Alternative zu Lithiumionen-Akkus, da sie auf kostengünstigeren und weit verbreiteten Rohstoffen basieren, eine höhere Sicherheit bieten und auch bei niedrigen Temperaturen zuverlässig funktionieren. Bislang standen Hersteller jedoch vor der Wahl: entweder ultraschnelles Laden ermöglichen oder eine lange Lebensdauer der Akkuzellen gewährleisten. Schnellladen zerstört die Struktur der Nanoschichten, was ihre Lebensdauer im Vergleich zur etablierten LFP-Technologie verkürzt.

Ein chinesisches Forschungsteam hat möglicherweise einen Weg gefunden, diesen Zielkonflikt zu überwinden. Sie entwickelten eine Anode aus Titandioxid-Nanoblättchen mit einer Größe von etwa 10 Nanometern, die hohle Doppelschalenkugeln bilden. Die entscheidende Innovation ist eine nur 0,4 Nanometer dicke Graphenbeschichtung, die jedes einzelne Nanoblättchen umgibt. Das einfache Mischen von Graphen mit anderen Materialien führte nicht zu denselben Ergebnissen, während eine direkte Schutzschicht die elektrische Leitfähigkeit erhöhte.

Die Testergebnisse sind sehr vielversprechend. Bei einer Schnellladerate von 10C, die theoretisch etwa sechs Minuten dauert, behielt die Anode selbst nach 10.000 Zyklen eine Kapazität von 131 mAh/g. Bei einer Rate von 100C, die etwa 36 Sekunden Ladezeit erfordert, erreichte sie eine Kapazität von 121 mAh/g. Im Vergleich dazu brachen die ungeschützten Nanoschichten nach etwa 400 Zyklen zusammen. Die größeren Natriumionen belasten die Anodenoberfläche während der Schnellladung stark, und die Graphen-Schutzschicht verhindert die Bildung von Rissen und übermäßige Reaktionen mit dem Elektrolyten.

Alle diese Messungen wurden selbstverständlich unter Laborbedingungen durchgeführt. Darüber hinaus arbeitet die Anode mit einer höheren durchschnittlichen Spannung als herkömmliche Hartkohlenstoffanoden, was die Gesamtenergiedichte der Batterie verringern kann. Die neue Technologie muss selbstverständlich in größeren, kommerziell gefertigten Batteriezellen und -packs validiert werden, bevor sie in serienmäßig hergestellten Elektrofahrzeugen eingesetzt werden kann.