Bahnbrechende Forschungsergebnisse der Tokyo University of Science zeigen, dass Natrium-Ionen-Batterien (Na-Ionen) bald Lithium-Ionen-Batterien (Li-Ionen) in Anwendungen ersetzen könnten, die schnelles Laden, hohe Energiedichte und erhöhte Sicherheit erfordern. Die am 15. Dezember 2025 in Chemical Science veröffentlichten Ergebnisse deuten darauf hin, dass diese Batterien der nächsten Generation wichtige Einschränkungen überwinden könnten, die eine breitere Einführung der Na-Ionen-Technologie blockiert haben.
Die Grenzen von Lithium-Ionen und der Aufstieg von Natrium-Ionen
Seit Jahren dominieren Li-Ionen-Batterien den Energiespeichermarkt und versorgen alles von Smartphones bis hin zu Elektrofahrzeugen. Allerdings bergen Li-Ionen-Batterien inhärente Risiken: Sie sind anfällig für thermisches Durchgehen (unkontrollierbare Überhitzung und mögliche Brände) und ihre Abhängigkeit von Lithium, einer geografisch konzentrierten Ressource, wirft Bedenken hinsichtlich der Lieferkette auf.
Na-Ionen-Batterien bieten eine mögliche Lösung. Natrium ist weitaus häufiger und billiger als Lithium, und Na-Ionen-Batterien sind von Natur aus stabiler. Die Herausforderung bestand bisher darin, hinsichtlich Ladegeschwindigkeit und Energiedichte eine mit Li-Ion vergleichbare Leistung zu erreichen.
Wie der Durchbruch funktioniert
Das Team der Tokyo University of Science konzentrierte sich auf Hartkohlenstoff (HC), ein Material, das für seine Fähigkeit bekannt ist, Natriumionen schnell zu speichern. Frühere Versuche, die Laderaten zu maximieren, wurden jedoch durch „Stau“ im Elektrolyten der Batterie behindert – Ionen, die beim Eintritt in den HC in einen Engpass geraten.
Um dieses Problem zu lösen, kombinierten die Forscher HC mit Aluminiumoxid und schufen so eine kombinierte Elektrode, die den freien Fluss der Ionen ermöglichte. Dadurch konnten Natriumionen in HC mit einer Geschwindigkeit eindringen, die mit der von Lithiumionen in Graphit in einer Li-Ionen-Batterie vergleichbar war.
Die wichtigste Erkenntnis ist, dass Natriumionen weniger Energie benötigen, um sich in den mikroskopisch kleinen Poren von HC anzusammeln, was bedeutet, dass Na-Ionen-Batterien theoretisch schneller aufgeladen werden können als Li-Ionen-Batterien. Dies ist von Bedeutung, da es ein seit langem bestehendes Hindernis für die Kommerzialisierung von Na-Ionen beseitigt.
Auswirkungen auf die Praxis und Sicherheitsvorteile
Dieser Durchbruch hat erhebliche Auswirkungen auf die Energiespeicherung. Batteriesysteme im Netzmaßstab, die für die Integration erneuerbarer Energien schnelle Entladefähigkeiten erfordern, werden davon erheblich profitieren. Schnell aufladbare Na-Ionen-Batterien könnten auch die Energiespeicherung in Elektrofahrzeugen und anderen Anwendungen mit hoher Nachfrage verbessern.
Noch wichtiger ist, dass Na-Ionen-Batterien deutlich sicherer sind als ihre Lithium-Pendants. Wie Studien der Islamic University of Technology, der Idaho State University und der University of Waterloo belegen, sind Natriumionen weniger anfällig für außer Kontrolle geratene Reaktionen, die dazu führen, dass Li-Ionen-Batterien brennen oder explodieren.
Brandschutz ist ein wichtiges Anliegen: Der National Fire Chiefs Council des Vereinigten Königreichs hat vor der „erheblichen Brandgefahr“ gewarnt, die von Lithium-Ionen-Batterie-Energiespeichersystemen ausgeht, die nach dem Zünden stunden- oder sogar tagelang brennen können. Na-Ionen-Batterien bieten dagegen eine weitaus stabilere Alternative.
„Unsere Ergebnisse zeigen quantitativ, dass die Ladegeschwindigkeit eines SIB mit einer HC-Anode schneller sein kann als die eines LIB“, erklärte Shinichi Komaba, der Hauptautor der Studie.
Diese Forschung unterstreicht, dass die Zukunft der Energiespeicherung möglicherweise in Natrium liegt, das eine überzeugende Kombination aus Leistung, Kosteneffizienz und erhöhter Sicherheit bietet.
