14. September 2026

Neue Einblicke in den Natriumtransport in Natrium-Ionen-Batterien

Messungen zeigen Bewegungen und chemische Veränderungen des Materials

Illustration mehrerer Diagramme verschiedener Natriumverbindungen

Schematische Darstellung der quantitativen röntgenspektrometrischen Analyseverfahren zur Bestimmung von Natriumkonzentrationen im Inneren einer Batteriezelle unter Betriebsbedingungen. © PTB

Natrium-Ionen-Batterien gelten als vielversprechende Alternative zu Lithium-Ionen-Batterien. Natrium ist weltweit verfügbar und könnte insbesondere für stationäre Energiespeicher eine wichtige Rolle spielen. Doch um leistungsfähige und langlebige Natrium-Ionen-Batterien zu entwickeln, muss zunächst besser verstanden werden, was während des Ladens und Entladens im Inneren der Batterie tatsächlich passiert.

In Forschungsprojekt 24GRD09 HyMetBat wurde mit quantitativer Röntgenfluoreszenzanalyse und Röntgenabsorptionsspektroskopie während des Batteriebetriebs untersucht, wieviel Natrium sich innerhalb der Batterieanode während eines Lade- und Entladevorgangs einlagert und in welcher chemischen Form es vorliegt. Die Verfahren erlauben die Bestimmung der absoluten Natriummenge rückführbar auf das Internationale Einheitensystem (SI).

Die Messungen zeigen, dass sich das Natrium während des ersten Lade- und Entladezyklus nicht gleichmäßig in der Elektrode bewegt. Vielmehr lassen sich unterschiedliche Bereiche mit charakteristischen Aufnahme- und Abgaberaten unterscheiden. Gleichzeitig verändert sich die chemische Form des Natriums: Einige Natriumverbindungen entstehen während des Entladens und werden beim anschließenden Laden wieder teilweise entfernt, während andere Natriumbestandteile dauerhaft in der Elektrode zurückbleiben. Damit konnte der Mechanismus für den Kapazitätsverlust der Batterie direkt und quantitativ bestimmt werden. Diese Informationen erlauben es, die Natriumbatterieanoden zukünftig zielgerichtet zu verbessern.

Link zur Publikation: https://doi.org/10.1021/acsenergylett.6c01960