Angesichts des stetig wachsenden globalen Bedarfs an Energiespeichern hat die Forschung an Natriumionenbatterien neue Fortschritte erzielt. Ein Ingenieurteam der Brown University hat durch die Untersuchung des Verhaltens von Natrium in der Batterie neue Richtlinien für das Design von Anodenmaterialien entwickelt. Diese Entdeckung trägt zur Verbesserung der Gesamtleistung von Natriumionenbatterien bei.

„Diese Forschung hilft uns, den Natriumspeichermechanismus in Kohlenstoffmaterialien für Natriumionenbatterien zu verstehen. Sie liefert uns Anhaltspunkte für die Synthese idealer Anodenmaterialien, die die Gesamtleistung der Batterie maximieren“, so Lincoln Mtmeri, Postdoktorand an der Brown University und Leiter der Forschungsarbeit. Die Forschungsergebnisse wurden in einer Fachzeitschrift veröffentlicht.

Natriumionenbatterien haben aufgrund der Verfügbarkeit und der geringen Kosten der Rohstoffe als potenzielle Alternative zu Lithiumionenbatterien an Bedeutung gewonnen. Das Forschungsteam der Brown University konzentrierte sich auf die Anwendung von Hartkohlenstoffmaterialien in Natriumionenbatterien und analysierte das Speicherverhalten von Natriumatomen in Nanoporen mithilfe eines Zeolith-basierten Kohlenstoffmodells. Die Studie ergab, dass eine Porengröße von etwa einem Nanometer ein ideales Gleichgewicht zwischen ionischem und metallischem Natrium ermöglicht, was eine wichtige Rolle bei der Verbesserung der Batteriespannung und -stabilität spielt.

„Wenn man zehn Personen nach der Struktur von Hartkohlenstoff fragt, erhält man zehn verschiedene Antworten“, bemerkte Yue Qi, Professor an der Brown University und Mitautor der Studie. „Diese strukturelle Unsicherheit, die auf einem mangelnden Verständnis des Zusammenhangs zwischen Struktur und Leistung beruht, stellt eine große Herausforderung für die Entwicklung von Anodenmaterialien dar.“ Die neue Forschung klärt erstmals den Einfluss der Poreneigenschaften auf die Natriumspeichermechanismen und liefert konkrete Anhaltspunkte für die Synthese effizienterer Anodenmaterialien für Natriumionenbatterien im Labormaßstab.

Angesichts der zunehmenden Diversifizierung der Anforderungen des Energiespeichermarktes wird die Forschung und Entwicklung der Natriumionenbatterietechnologie kontinuierlich intensiviert. Diese Grundlagenforschung der Brown University eröffnet einen neuen technologischen Weg für die kommerzielle Anwendung von Natriumionenbatterien und könnte zukünftig wirtschaftlichere Lösungen für Bereiche wie die Netzspeicherung bieten.

Weitere Informationen: Lincoln Mtemeri et al., „Structural Descriptors of Pore Filling Mechanisms in Hard Carbon Electrodes During Sodiumization“, EES Batteries (2025).