Robert Klatt
Der Thermal Runaway ist ein Effekt, bei dem Batterien unkontrolliert Energie freisetzen können, bis es zu einem starken Brand kommt. Nun wurde ein Natrium-Ionen-Akku entwickelt, der dies mit einer integrierten Schutzmaßnahme verhindern kann.
Peking (China). Natrium-Ionen-Akkus funktionieren ähnlich wie Lithium-Ionen-Akkus, verwenden aber Natrium statt Lithium als Ladungsträger. Die Technik wird vor allem bei günstigen chinesischen Elektroautos eingesetzt, weil ihre Energiedichte aufgrund des frühen Entwicklungsstadiums bisher noch relativ gering ist. Obwohl die Brandgefahr der Natrium-Ionen-Akkus geringer ist als bei anderen Batterien, kann es auch bei ihnen zum sogenannten Thermal Runaway kommen, einer unkontrollierten Kettenreaktion, bei der sich eine Batterie selbst immer weiter aufheizt, bis es zu einem Brand oder einer Art „Explosion“ kommt.
Forscher der Chinese Academy of Sciences (CAS) haben deshalb einen Natrium-Ionen-Akku mit einer Schutzmaßnahme, die Brände durch den Thermal Runaway verhindern kann, entwickelt. Der Schutzmechanismus basiert auf nicht brennendem Elektrolyt, der aus einem Kunststoff auf Basis von Triethylphosphat (TEP) besteht. TEP wird in der Industrie oft als Flammschutzmittel eingesetzt.
Wenn es innerhalb der Batterie durch einen entstehenden Thermal Runaway über 150 Grad Celsius heiß wird, wird der flüssige Elektrolyt zu einem Feststoff, der eine „Feuerschutzwand“ zwischen der Anode und Kathode bildet. Diese physische Trennung unterbindet die drohende Kettenreaktion und verhindert dadurch, dass die gesamte Batterie brennt.
In einem Experiment mit einer 3,5-Amperestunden Batterie hat das Schutzsystem bei 300 Grad Celsius Rauchentwicklung, Flammen und eine Explosion komplett unterbunden. Die Batterie hat auch den Nageltest, bei dem sie von einem Stahlnagel durchstochen wurde, um einen Kurzschluss aufzulösen, überstanden.
Wie die Forscher erklären, haben sie das hohe Sicherheitsniveau durch ein Doppelsalzsystem, das Natriumtetrafluoroborat (NaBF4) und Natriumhexafluorophosphat (NaPF6) nutzt, erreicht. Die Batterie bildet beim Laden auf der Anode eine Solid Electrolyte Interphase (SEI), also eine Art Schutzschicht. Dank der neuen Salzmischung ist diese Schutzschicht so stark, dass das TEP sie nicht angreifen kann.
Die Tests zeigen zudem, dass die neue Batterie bei Temperaturen zwischen –40 und 60 Grad Celsius funktioniert. Sie eignet sich damit auch für den Einsatz in Elektroautos, die dadurch deutlich sicherer wären.
Quellen:
Pressemitteilung der Chinese Academy of Sciences (CAS)
Studie im Fachmagazin Nature Energy, doi: 10.1038/s41560-026-02032-7
