Wissenschaftler entwickeln kostengünstige Natriumionenbatterien mit günstigen Elektrodenmaterialien
Jan 26, 2026
Ein internationales Forschungsteam hat ein Natrium-Ionen-Batteriespeichersystem (SIB) entwickelt, das auf einem P2-Kathodenmaterial namens Na0,67Mn0,33Ni0,33Fe0,33O2 und einer Anode basiert, die auf einem harten Kohlenstoffmaterial aus Lavendelblüten basiert.
Die vorgeschlagene Systemkonfiguration ist für eine kostengünstige Herstellung bei gleichzeitiger Gewährleistung von Skalierbarkeit und Umweltverträglichkeit gedacht, da die beiden Elektrodenmaterialien als „weithin zugängliche“ Vorläufer beschrieben werden.
„Pflanzenvielfalt und Produktionskapazität sind wichtige Faktoren, die die Kommerzialisierung von SIBs beeinflussen, da aus Pflanzen gewonnene Hartkohlenstoffe sowohl nachhaltig als auch wirtschaftlich sind“, erklärten die Forscher. „Aus Pflanzen gewonnener Hartkohlenstoff bewahrt die Mikrostrukturen des Pflanzengewebes und verbessert dadurch die Durchdringung des Elektrolyten und die Natriumdiffusionsfähigkeit.“
Die Wissenschaftler schätzten die weltweite Lavendelproduktion auf etwa 1.000–1.500 Tonnen pro Jahr. Allerdings kann nur ein kleiner Teil dieser Produktion für Elektrodenmaterialien verwendet werden, da nur die Blütenreste für die Umwandlung in Hartkohlenstoff geeignet sind.
Sie stellten außerdem fest, dass die Anode aus hartem Kohlenstoff und die Kathode vom Typ P2- in der gesamten Zelle über unzureichende Natriumspeicher verfügen, was zu einer schlechten elektrochemischen Leistung führt. „Die vorliegende Arbeit schließt diese Lücke, indem sie die vollständige Zellleistung von P2-Na0,67Mn0,9Ni0,1O2 in Verbindung mit aus Lavendelblütenabfällen gewonnenem Hartkohlenstoff unter verschiedenen Präsodiationsansätzen bewertet“, erklärten sie weiter.
Die Wissenschaftler nutzten Röntgenbeugung (XRD), Rasterelektronenmikroskopie (SEM), Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS), Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie (FTIR) und Raman-Spektroskopie, um die Kathode und Anode des SIB-Systems zu charakterisieren und fanden heraus, dass die Kathode eine hexagonale P63/mmc-Struktur aufweist, während die Anode charakteristische breite Peaks von amorphem Material aufwies Kohlenstoff.
SEM und TEM zeigten insbesondere mikrometergroße Kathodenkörner und eine poröse Hartkohlenstoffoberfläche, und EDS und XPS zeigten, dass das Material eine gute strukturelle Stabilität aufweist. Weitere Analysen zeigten auch, dass der Einbau von Nickel (Ni) die strukturelle, elektronische und elektrochemische Leistung der Kathode verbesserte.
Darüber hinaus ergaben elektrochemische Tests anfängliche Kapazitäten von 200 mAh/g für die Kathode und 360 mAh/g für die Anode mit einer Kapazitätserhaltung von 42 % und 67,4 % nach 100 Zyklen. Insgesamt wurde festgestellt, dass die Ni-Dotierung die Leitfähigkeit und Stabilität der Kathode verbessert, und die Anode zeigte eine gute Natriumspeicherleistung und unterstützte laut den Forschern eine starke Halb--Zellen- und potenzielle Voll--Zellenleistung.
„Diese umfassende Studie unterstreicht das Potenzial für die Entwicklung von SIBs mit kostengünstigen und nachhaltigen Elektrodenmaterialien“, schlussfolgerten sie. „Die Optimierung von Präsodiationsstrategien bietet eine Chance für fortschrittliche kommerzielle und skalierbare SIB-Technologien.“
Das System wurde in der im Journal of Power Sources veröffentlichten Studie „Kosten{0}}effektive Natrium--Ionenbatterien mit einer Kathode aus Na0,67Mn0,9Ni0,1O2 und aus Lavendelblüten-Abfällen- gewonnenem Hartkohlenstoff mit einem vergleichenden Vor-Einweichansatz“ beschrieben. Das Forschungsteam bestand unter anderem aus Wissenschaftlern der türkischen Inonu-Universität, der Technischen Universität Istanbul, der Malatya Turgut Ozal-Universität und der Aksaray-Universität sowie vom Korea Institute of Science and Technology und der pakistanischen Quaid-i-Azam-Universität.
