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Forscher machen Fortschritte in der Batterietechnologie, indem sie eine Methode zum Mischen von Lithium und Natrium für den Einsatz in hochwertigen Batterien entwickeln. Durch die Kombination beider Elemente wollen sie Kosten senken, die Lieferkette sichern und der zunehmenden Knappheit von Lithium begegnen, das aufgrund seiner Verwendung in Lithium-Ionen-Batterien stark nachgefragt wird.
Forscher der Arizona State University arbeiten an einem potenziellen Game-Changer für die Batterietechnologie: der Mischung von Lithium und Natrium. Ihr Ziel ist es, Kosten zu senken und die Lieferkette zu stabilisieren. Vorläufige Ergebnisse zeigen eine thermodynamisch stabile 10-prozentige Natrium-Lithium-Mischung, die voraussichtlich 20 % erreichen wird.
Lithium wird zum neuen Gold, da der rasante Einsatz in Lithium-Ionen-Batterien in Elektroautos, Computern und tragbaren Geräten den Preis in die Höhe treibt und die Versorgung mit dem relativ seltenen Metall beeinträchtigt. Wissenschaftler sind dabei, eine Möglichkeit zu entwickeln, einen Teil des Lithiums durch Natrium zu ersetzen und so die Kosten zu senken und die Versorgung sicherzustellen.
Kürzlich haben Wissenschaftler darüber nachgedacht, ganz auf Lithium zu verzichten und stattdessen Natrium oder andere Elemente in hochwertigen Batterien zu verwenden. Natrium ist billiger und besser verfügbar (es kommt im Meerwasser als Natriumchlorid vor), aber es hat Nachteile, und Lithiumbatterien bleiben die besten, wenn es darum geht, die konzentrierte Ladung zu liefern, die zum Antrieb von Autos und tragbaren Geräten erforderlich ist. Ph. Der D-Student Tullio Geraci und Professorin Alexandra Navrotsky von der Arizona State University haben einen anderen Ansatz gewählt; Mischen von Lithium und Natrium in derselben Batterie. verspricht, Versorgungsprobleme zu lindern und den Weg zu günstigeren Batterien und einer sichereren Lieferkette zu ebnen.
Die Gruppe stellt Lithium-Natrium-Materialien her und charakterisiert deren Strukturen, Homogenität und thermodynamische Eigenschaften. Die Forscher verwenden eine spezielle Technik, die im Navrotsky-Labor entwickelt und optimiert wurde (Hochtemperatur-Oxidschmelzlösungskalorimetrie), um die energetische Stabilität der Materialien zu messen, während Erhitzungsexperimente ihre mögliche Zersetzung im Gebrauch bestimmen.
Bei der Präsentation ihrer Ergebnisse auf der Goldschmidt-Geochemiekonferenz sagte Tullio Geraci: „Wir haben kleine Mengen Natrium mit Lithium gemischt, es auf Stabilität getestet und dann gesehen, wie es funktioniert.“ Es ist ein schrittweiser Prozess, und als wir anfingen, war die Stabilität nicht vielversprechend – wir müssen zunächst prüfen, ob die Mischung in einer brauchbaren Form bleibt. Aber als wir den Natriumgehalt erhöhten, verbesserte sich die Stabilität. Bisher haben wir eine Mischung von 10 % erreicht, und sie scheint in Ordnung zu sein, sie ist immer noch thermodynamisch stabil. Wir glauben, dass Sie diesen Wert auf etwa 20 % steigern können, bevor wir einen signifikanten Leistungsunterschied feststellen.“
Tullio Geraci fuhr fort: „Zuerst waren wir unsicher, ob diese Li/Na-Verdünnungen überhaupt hergestellt werden konnten. Überraschenderweise stellten wir fest, dass schwache Verdünnungen dazu neigen, sich aufzulösen, die Lösungen verlieren ihre Homogenität und die Kristallstruktur, die für die Herstellung einer Batterie wichtig ist. Aber wenn wir die Menge an Natrium erhöhen, wird das Material stabiler. Nachdem wir die optimale Mischung gefunden haben, müssen wir unsere Erkenntnisse an Batterietechnologen weitergeben, um die ersten Natrium-Lithium-Batterien herzustellen. Wir glauben, dass dies die ersten Schritte zur Entwicklung einer neuen Batterietechnologie sind.“
Professor Nancy Ross (Abteilung für Geowissenschaften, Virginia Tech, Blacksburg VA) sagte in ihrem Kommentar: „Die Forschung von Geraci und Navrotsky zeigt, wie Geochemie zur Entwicklung neuer Materialien von technologischer Bedeutung eingesetzt werden kann.“ Ihre Forschung eröffnet einen vielversprechenden Weg zur Erforschung alternativer, erschwinglicherer und nachhaltigerer Quellen für Lithiumbatterien, auf die wir in unserem täglichen Leben angewiesen sind.“
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