Dem Labor von Professor Y. Shirley Meng an der Pritzker School of Molecular Engineering der University of Chicago ist ein Durchbruch bei Natrium-Festkörperbatterien gelungen. Das Team entwickelte eine neuartige Natrium-Festkörperbatterie mit dicker Kathode, die von Raumtemperatur bis zu Minusgraden eine stabile Leistung bietet. Diese Forschung liefert neue Erkenntnisse zur Bekämpfung der Lithiumknappheit und ihrer Umweltauswirkungen.

In der Studie wurde Natriumborhydrid als Material verwendet und durch einen bewährten Heiz- und Abkühlprozess eine metastabile Kristallstruktur erzeugt. Diese Struktur weist eine hohe Ionenleitfähigkeit auf, die um eine Größenordnung höher ist als die in der Literatur beschriebene. „Wir haben eine bisher nicht beschriebene metastabile Struktur mit einer Ionenleitfähigkeit stabilisiert, die drei bis vier Größenordnungen höher ist als die des Vorläufers selbst“, sagte Hauptautor Sam Oh.

Das Forschungsteam kombinierte dieses metastabile Material mit einer O3-Kathode, die mit einem chloridbasierten Festelektrolyten beschichtet ist. Dies ermöglichte ein dickeres Kathodendesign. Diese dicke Kathode reduziert den Anteil inaktiven Materials und erhöht die Energiedichte der Batterie. Dieser Durchbruch bringt Natriumbatterien in Bezug auf die elektrochemische Leistung näher an das Niveau von Lithiumbatterien heran.

Die Natrium-basierte Festkörperbatterietechnologie nutzt ausgereifte Prozesse, die eine zukünftige Massenproduktion und industrielle Anwendung begünstigen. Professorin Y. Shirley Meng betonte: „Wir sollten uns vorstellen, dass dieselbe Superfabrik Produkte auf Basis der Lithium- und Natriumchemie herstellen kann. Diese neue Forschung bringt uns diesem Ziel näher.“

Weitere Informationen: Jin An Sam Oh et al., „Metastable sodium closed hydridoborates for thick cathode all-solid-state batteries“, Joule (2025). Zeitschrifteninformationen: Joule