Südkorea entwickelt neuartige Natrium-Metall-Batterie mit 90,4 % Kapazitätserhalt nach 1000 Zyklen

de.wedoany.com-Bericht: Am 30. Oktober veröffentlichte ein Forschungsteam der Chonnam National University in Südkorea Ergebnisse einer Studie zu Elektrolyten für Natrium-Metall-Batterien. Die Forscher entwickelten einen polymerisierbaren tiefeutektischen Lösungsmittel-Elektrolyten (PDES), mit dem eine Natrium-Metall-Vollzelle bei einer Rate von 2C nach 1000 Zyklen eine Kapazitätserhaltung von 90,4 % erreichte. Dies bietet einen neuen Materialansatz zur Verbesserung der Zyklusstabilität und Sicherheit von Natrium-Metall-Batterien.

Der Elektrolyt besteht aus Natriumperchlorat (NaClO₄), N-Isopropylacrylamid (NIPAM) und Succinonitril (SN). Das Forschungsteam nutzte die In-situ-Polymerisationstechnik, um das tiefeutektische Lösungsmittel in eine Polymermatrix umzuwandeln, wodurch die Natriumionenleitfähigkeit erhalten bleibt, die strukturelle Stabilität des Elektrolyten erhöht und das Risiko von Leckagen flüssiger Elektrolyte verringert wird. Die optimierte Formulierung erreicht bei 30 °C eine Ionenleitfähigkeit von 1,39 mS/cm und eine Natriumionen-Überführungszahl von 0,58.

In elektrochemischen Tests erreichte die Vollzelle mit diesem Elektrolyten bei einer Rate von 0,1C eine anfängliche Entladespezifische Kapazität von 110,2 mAh/g bei einer Coulomb-Effizienz von nahezu 99 %. Im Langzeitzyklustest bei einer Rate von 2C betrug die Anfangskapazität der Batterie 92 mAh/g und blieb nach 1000 Zyklen bei 83,2 mAh/g, was einer Kapazitätserhaltung von 90,4 % entspricht. Darüber hinaus liefen die Abscheidungs- und Ablösungstests der symmetrischen Natriumzelle über mehr als 1000 Stunden stabil.

Das Forschungsteam stellte außerdem Pouch-Zellen-Prototypen her. In Falt- und Schnittdemonstrationen konnte die Batterie weiterhin eine LED mit Strom versorgen. Der Forschungsbericht gibt an, dass der Elektrolyt flammhemmende und leckagebeständige Eigenschaften aufweist, was dazu beiträgt, die Sicherheitsrisiken im Betrieb von Natrium-Metall-Batterien zu verringern. Allerdings sind diese Demonstrationen nicht gleichbedeutend damit, dass die Batterie die für die großtechnische Anwendung erforderlichen vollständigen Sicherheitszertifizierungen bestanden hat.

Natrium-Metall-Batterien verwenden metallisches Natrium als Anode. Natriumressourcen sind relativ reichlich vorhanden und bieten ein geringes Kostenpotenzial, jedoch ist metallisches Natrium chemisch sehr reaktiv, sodass während des Lade- und Entladevorgangs Probleme wie Dendritenwachstum, Grenzflächen-Nebenreaktionen und Elektrolytleckagen auftreten können. In dieser Studie wurde durch die Regulation nichtkovalenter Wechselwirkungen im Elektrolyten die Solvatisierungsumgebung der Natriumionen und die Stabilität der Elektrodengrenzfläche verbessert, um ungleichmäßige Natriumabscheidung und Nebenreaktionen zu unterdrücken.

Die Forschungsarbeit trägt den Titel „Noncovalent interaction-regulated polymerizable deep eutectic solvent electrolyte for sodium metal batteries" und wurde in Energy Storage Materials am 2. August 2026 online veröffentlicht. Die derzeitigen Ergebnisse stammen hauptsächlich aus elektrochemischen Labortests und Pouch-Zellen-Demonstrationen; die Leistung großer Zellen, der Langzeitbetrieb und das Verhalten unter realen Betriebsbedingungen müssen noch weiter validiert werden.