15:37 25 November 2020
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    Bringt die Natriumbatterie die Spielregeln in der Batterietechnick durcheinander? Bislang scheitert sie an der praktischen Umsetzung. Das Mineral „Petrowit“ aus den Vulkanen Kamtschatkas könnte das ändern: Es ermöglicht einen guten Fluss von Natriumatomen. Allerdings muss das Mineral vorher im Labor hergestellt werden. Warum aber?

    Lithiumbatterien betreiben viele unsere Alltagsgegenstände: vom Smartphone über den kabellosen Staubsauger bis hin zum E-Auto. Aber auch Speicher für Strom aus erneuerbaren Quellen, erste elektrische Flieger und sogar ein ganzes im Bau befindliches Aida-Kreuzfahrtschiff sollen mit Mega-Batterien auf Lithium-Basis ausgestattet werden.

    Doch die Gewinnung von Lithium ist wegen Umweltschäden und hohem Wasserverbrauch kontrovers diskutiert. Zudem ist Lithium weltweit nicht gleich verteilt, sodass sich schnell Abhängigkeiten ganzer Industriezweige von ausländischen Partnern ergeben können. Dass das problematisch sein kann, hat der deutsche Lithium-Deal mit Bolivien gezeigt.

    Natriumbatterie – noch nicht einsatzbereit

    Aus solchen Gründen arbeiten Materialforscher weltweit an der Entwicklung alternativer Batterien. Eine von ihnen ist die Natrium-Batterie. Wie ihr Name schon andeutet, kommen hier als Kathodenmaterial keine Lithium-Ionen zum Einsatz, sondern unterschiedliche Natrium-Ionen. Der Vorteil dabei: Natrium ist das sechsthäufigste Element in der Erdkruste, kommt mehr als tausendmal so oft vor wie Lithium und lässt sich von Meerwasser bis hin zu Bioabfällen aus allem gewinnen.

    Doch Natrium-Ionen sind träger als Lithium-Ionen. In der Folge bilden sich bei den bislang erprobten Materialien mit den Ladezyklen schnell Natriumkristalle aus, die den Stromfluss stoppen und die Batterie zerstören.

    Mineral aus Kamtschatka als Problembehebung

    Ein Mineral vulkanischen Ursprungs aus Kamtschatka, der östlichsten Region Russlands, könnte das in Zukunft ändern. Es trägt den Namen „Petrowit“, liegt in der Natur in blauer kugelförmiger Form mit Gaseinschlüssen vor und besteht neben Natrium aus Kalzium, Kupfer und Sulfat (Für Chemie-Interessierte die Summenformel von Petrowit: Na10CaCu2(SO4)8). Entdeckt wurde es von einem Team der St. Petersburger Universität um den Kirstallforscher Stanislaw Filatow.

    Das Mineral Petrowit entsteht durch Vulkanaktivität
    © Foto : SPbU
    Das Mineral Petrowit entsteht durch Vulkanaktivität

    Die Besonderheit dieses Minerals liegt laut Filatow in der Anordnung von jeweils sieben Sauerstoffatomen um ein Kupferatom. Das Material bildet ein loses Gerüst mit leeren Zwischenräumen, durch die sich die kleinen Natriumatome bewegen können. Das macht ihn aus Sicht der Forscher zu einem versprechenden Kathodenmaterial für Natriumbatterien.

    Maßstab der Petrowit-„Kugeln“
    © Foto : SPbU
    Maßstab der Petrowit-„Kugeln“

    Allerdings stellt das Übergangsmetall Kupfer laut Filatow zugleich für eine solche Verwendung ein Hindernis dar. Die Forscher wollen deswegen versuchen, eine Verbindung mit derselben Struktur wie Petrowit, allerdings unter Auslassung des Kupfers, im Labor künstlich herzustellen.

    Das Forscherteam rund um Stanislaw Filatow
    © Foto : SPbU
    Das Forscherteam rund um Stanislaw Filatow
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    Tags:
    Batterie, Lithium-Akkus, Lithium, Natrium, Akkubatterien, Minerale