Forscher der Oxford University und der Tokyo University of Science veröffentlichten am 17. Dezember separate Studien, in denen sie die Fortschritte bei den Ladegeschwindigkeiten von Natriumionenbatterien und Festelektrolyten, die die Leitfähigkeit aufrechterhalten, detailliert beschreiben. Wissenschaftler der Universität der Wissenschaften Tokio zeigte dass Natrium-Ionen-Batterien mit Hartkohlenstoff-Elektroden schneller aufgeladen werden als herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien. Das Team von Professor Shinichi Komaba wandte eine Methode mit verdünnten Elektroden an, bei der harte Kohlenstoffpartikel mit elektrochemisch inaktivem Aluminiumoxid gemischt werden. Dieser Ansatz beseitigt Ionenstaus, die während des Schnellladens in dichten Verbundelektroden auftreten. Die Forscher führten zyklische Voltammetrie und elektrochemische Analysen durch, um die Ionenbewegung zu bewerten. Ihre Messungen zeigten, dass Natriumionen schneller durch harten Kohlenstoff wandern als Lithiumionen. Der scheinbare Diffusionskoeffizient, der die Ionenmobilität quantifiziert, erwies sich für Natrium als höher als für Lithium im Allgemeinen. Komaba erklärte: „Unsere Ergebnisse zeigen quantitativ, dass die Ladegeschwindigkeit eines SIB mit einer HC-Anode schneller sein kann als die eines LIB.“ Die Studie ergab außerdem, dass Natriumionen weniger Aktivierungsenergie benötigen, um pseudometallische Cluster in Hartkohlenstoff-Nanoporen zu bilden. Diese Eigenschaft sorgt dafür, dass die Natriumeinlagerung in das Material weniger von Temperaturschwankungen beeinflusst wird. Die Forschungsergebnisse aus Tokio erschienen in der Fachzeitschrift Chemical Science. Diese Ergebnisse belegen die intrinsische Ladefähigkeit von Hartkohlenstoffanoden in Natrium-Ionen-Batterien im Vergleich zu Lithium-Ionen-Anoden. An der Universität Oxford Paul McGonigal und Doktorandin Juliet Barclay entwickelt Elektrolyte auf Cyclopropeniumbasis. Diese organischen Materialien behalten beim Übergang vom flüssigen in den festen Zustand ihre Ionenleitfähigkeit. Diese Entwicklung widerspricht der üblichen elektrochemischen Beobachtung, dass die Ionenmobilität beim Erstarren von Flüssigkeiten stark abnimmt. Das Team synthetisierte scheibenförmige Moleküle, die mit flexiblen Seitenketten ausgestattet waren. Bei der Erstarrung organisieren sich diese Moleküle selbst zu säulenförmigen Strukturen. Das Design verteilt die positive Ladung gleichmäßig über einen flachen Molekülkern. Diese Konfiguration vermeidet das Einfangen negativer Ionen und sorgt für eine durchlässige Umgebung, die den Ionentransport unterstützt. Barclay bemerkte: „Wir haben gezeigt, dass es möglich ist, organische Materialien so zu konstruieren, dass die Ionenmobilität nicht einfriert, wenn das Material erstarrt.“ Tests in der Studie bestätigten eine konstante Leitfähigkeit über flüssige, flüssigkristalline und feste Phasen hinweg für verschiedene Ionentypen. Die in „Science“ veröffentlichte Oxford-Arbeit unterstreicht die gleichbleibende Leistung bei der Leitfähigkeit unabhängig vom Phasenzustand. Hersteller können diese Elektrolyte während der Batteriemontage in einen flüssigen Zustand erhitzen. Beim Abkühlen entstehen dann stabile feste Formen, die ein Auslaufen verhindern und die Brandgefahr verringern, ohne die Effizienz der Ionenbewegung zu beeinträchtigen.
